Makromoleküler Etkileşimler ve Bağlanma
Makromoleküllerin eşlerini nasıl tanıdığı ve onlara nasıl bağlandığının fiziksel kimyası, hemen hemen her biyolojik sürecin temelini oluşturan afinite ve özgüllüğü belirlemektedir.
Tanım
Makromoleküler bağlanma, iki veya daha fazla molekülün geri dönüşümlü, kovalent olmayan bir şekilde bir kompleks oluşturmak üzere bir araya gelmesidir; termodinamik olarak bir bağlanma serbest enerjisi ile, kinetik olarak ise bağlanma ve ayrışma hızları ile karakterize edilmektedir.
Kapsam
Bu konu, bağlanmanın denge ve enerjisini ele almaktadır: ayrışma sabitinin bağlanma serbest enerjisini doluluk oranıyla nasıl ilişkilendirdiği, afinitenin entalpi ve entropiye nasıl bölündüğü ve şekil ile kimyasal tamamlayıcılığın özgüllüğü nasıl ürettiği incelenmektedir. Kavramsal düzeyde kooperativite ve rekabet ile bağlanmanın deneysel gözlemlenebilirlerini içermekle birlikte, allosterik mekanizma ve konformasyonel kenetlenme komşu konuya bırakılmaktadır.
Temel sorular
- Ayrışma sabiti, bağlanma serbest enerjisini kesirli doluluk oranıyla nasıl ilişkilendirmektedir?
- Entalpi ve entropinin hangi dengesi bağlanma afinitesini belirlemektedir?
- Şekil ve kimyasal tamamlayıcılık bağlanma özgüllüğünü nasıl oluşturmaktadır?
- Kooperativite ve rekabet bağlanma eğrilerini nasıl şekillendirmektedir?
Temel kuramlar
- Denge bağlanması ve ayrışma sabiti
- Dengede, bağlı bölgelerin oranı, ligand konsantrasyonunun ayrışma sabitine göre belirlenen bir doygunluk (Langmuir/Hill tipi) eğrisini takip etmektedir; bu sabit ise bağlanma serbest enerjisinin üstelidir.
- Afinitenin entalpi-entropi ayrımı
- Bağlanma serbest enerjisi, yeni temaslardan kaynaklanan bir entalpik terim ile translasyonel serbestlik kaybını ve düzenli çözücünün salınımını içeren bir entropik terimi birleştirmektedir; bu nedenle afinite, bu katkılar arasındaki bir dengelemeyi yansıtmaktadır.
Mekanizmalar
Tamamlayıcı yüzeyler hidrojen bağı vericilerini ve alıcılarını, yüklü grupları ve apolar bölgeleri hizaya getirdiğinde bir arayüz oluşmaktadır; yer değiştiren ve yeniden düzenlenen su ise büyük bir çözücü terimi katkısında bulunmaktadır. Toplam zayıf etkileşimler denge sabitini belirler; özgüllük, eşleşmeyen bir partnerin aynı tamamlayıcılığı sağlayamamasından kaynaklanmaktadır. Bir bağlanma olayının diğerlerinin afinitesini değiştirdiği kooperatif sistemler, sigmoidal bağlanma eğrileri üretir ve ortaya çıkan afiniteler titrasyon kalorimetrisi, yüzey tabanlı kinetik testler ve spektroskopik titrasyonlar ile okunmaktadır.
Klinik önem
Kantitatif bağlanma, ilaçların, antikorların ve sinyal moleküllerinin hedefleri üzerindeki etkisinin temelini oluşturmaktadır; bu nedenle buradaki afinite ve özgüllük kavramları, moleküler farmakoloji ve test tasarımı için eğitimsel bir temel sağlamakta olup, klinik dozaj tavsiyesi niteliğinde değildir.
Tarihçe
Bağlanmanın kantitatif tanımı, erken adsorpsiyon izotermlerinden ve Hill'in hemoglobine kooperatif oksijen bağlanması analizinden gelişmiş ve fiziksel biyokimya, bağlanma serbest enerjilerini doğrudan ölçmek için yöntemler geliştirdikçe sağlam bir termodinamik temele oturtulmuştur.
Öne çıkan isimler
- Linus Pauling
- Archibald Hill
- Irving Langmuir
İlgili konular
Temel eserler
- phillips2012
- vanholde2006
Sıkça sorulan sorular
- Bir ayrışma sabiti neyi ifade etmektedir?
- Bağlanma bölgelerinin yarısının dolu olduğu ligand konsantrasyonudur; daha küçük bir ayrışma sabiti, daha sıkı bağlanma anlamına gelmekte ve daha uygun bir bağlanma serbest enerjisine karşılık gelmektedir.
- İki molekül bir araya gelmesine rağmen bağlanma neden entropik olarak uygun olabilmektedir?
- Partnerler bir miktar serbestlik kaybetse de, bağlanma genellikle temas yüzeylerinden düzenli suyu serbest bırakmaktadır ve çözücü entropisindeki bu artış, makromoleküllerin kaybettiği entropiden daha ağır basabilmektedir.