Interactions et Liaison Macromoléculaires

La physico-chimie de la reconnaissance et de la liaison des macromolécules avec leurs partenaires, déterminant l'affinité et la spécificité qui sont à la base de presque tous les processus biologiques.

Definition

La liaison macromoléculaire est l'association réversible et non covalente de deux molécules ou plus en un complexe, caractérisée thermodynamiquement par une énergie libre de liaison et cinétiquement par des vitesses d'association et de dissociation.

Scope

Ce sujet aborde l'équilibre et l'énergétique de la liaison : comment la constante de dissociation relie l'énergie libre de liaison à l'occupation, comment l'affinité est répartie entre l'enthalpie et l'entropie, et comment la complémentarité de forme et de chimie produit la spécificité. Il inclut la coopérativité et la compétition au niveau conceptuel ainsi que les observables expérimentales de la liaison, mais renvoie le mécanisme allostérique et le couplage conformationnel au sujet voisin.

Core questions

• Comment la constante de dissociation relie-t-elle l'énergie libre de liaison à l'occupation fractionnaire ?
• Quel équilibre entre l'enthalpie et l'entropie détermine l'affinité de liaison ?
• Comment la forme et la complémentarité chimique créent-elles la spécificité de liaison ?
• Comment la coopérativité et la compétition façonnent-elles les courbes de liaison ?

Key theories

Liaison à l'équilibre et constante de dissociation

À l'équilibre, la fraction de sites liés suit une courbe de saturation (de type Langmuir/Hill) déterminée par la concentration du ligand par rapport à la constante de dissociation, qui est elle-même l'exponentielle de l'énergie libre de liaison.

Partition enthalpie-entropie de l'affinité

L'énergie libre de liaison combine un terme enthalpique provenant de nouveaux contacts et un terme entropique qui inclut la perte de liberté de translation et la libération de solvant ordonné, de sorte que l'affinité reflète une compensation entre ces contributions.

Mechanisms

Une interface se forme lorsque des surfaces complémentaires alignent des donneurs et accepteurs de liaisons hydrogène, des groupes chargés et des régions non polaires, tandis que l'eau déplacée et réorganisée contribue à un terme solvant important. La somme des interactions faibles détermine la constante d'équilibre ; la spécificité découle du fait qu'un partenaire non-cognat ne peut pas satisfaire la même complémentarité. Les systèmes coopératifs, dans lesquels un événement de liaison modifie l'affinité des autres, produisent des courbes de liaison sigmoïdes, et les affinités résultantes sont mesurées par calorimétrie de titration, essais cinétiques basés sur des surfaces et titrations spectroscopiques.

Clinical relevance

La liaison quantitative est à la base de l'action des médicaments, des anticorps et des molécules de signalisation sur leurs cibles. Ainsi, les concepts d'affinité et de spécificité présentés ici constituent la base éducative de la pharmacologie moléculaire et de la conception d'essais, et non des conseils de dosage clinique.

History

La description quantitative de la liaison a évolué à partir des premières isothermes d'adsorption et de l'analyse de Hill sur la liaison coopérative de l'oxygène à l'hémoglobine, et a été solidement établie sur le plan thermodynamique à mesure que la biochimie physique développait des méthodes pour mesurer directement les énergies libres de liaison.

Key figures

• Linus Pauling
• Archibald Hill
• Irving Langmuir

Seminal works

• phillips2012
• vanholde2006

Frequently asked questions

Que nous indique une constante de dissociation ?

C'est la concentration de ligand à laquelle la moitié des sites de liaison sont occupés ; une constante de dissociation plus petite signifie une liaison plus forte et correspond à une énergie libre de liaison plus favorable.

Pourquoi la liaison peut-elle être favorable sur le plan entropique même si deux molécules s'unissent ?

Bien que les partenaires perdent une certaine liberté, la liaison libère souvent de l'eau ordonnée des surfaces de contact, et ce gain d'entropie du solvant peut compenser l'entropie perdue par les macromolécules.