Tương tác và Liên kết Đại phân tử

Hóa lý về cách các đại phân tử nhận biết và liên kết với các đối tác của chúng, thiết lập ái lực và tính đặc hiệu làm nền tảng cho hầu hết mọi quá trình sinh học.

Definition

Liên kết đại phân tử là sự kết hợp thuận nghịch, không cộng hóa trị của hai hoặc nhiều phân tử thành một phức hợp, được đặc trưng về mặt nhiệt động học bởi năng lượng tự do liên kết và về mặt động học bởi tốc độ liên kết và phân ly.

Scope

Chủ đề này bao gồm trạng thái cân bằng và năng lượng của liên kết: hằng số phân ly liên quan đến năng lượng tự do liên kết với độ chiếm chỗ như thế nào, ái lực được phân chia thành enthalpy và entropy ra sao, và tính bổ sung về hình dạng và hóa học tạo ra tính đặc hiệu như thế nào. Nó bao gồm tính hợp tác và cạnh tranh ở cấp độ khái niệm và các đại lượng thực nghiệm có thể quan sát được của liên kết, nhưng để cơ chế dị lập thể và khớp nối cấu hình cho chủ đề lân cận.

Core questions

• Hằng số phân ly liên quan đến năng lượng tự do liên kết với độ chiếm chỗ phân đoạn như thế nào?
• Sự cân bằng giữa enthalpy và entropy nào quyết định ái lực liên kết?
• Tính bổ sung về hình dạng và hóa học tạo ra tính đặc hiệu liên kết như thế nào?
• Tính hợp tác và cạnh tranh định hình các đường cong liên kết như thế nào?

Key theories

Liên kết cân bằng và hằng số phân ly

Ở trạng thái cân bằng, phần trăm các vị trí liên kết tuân theo đường cong bão hòa (kiểu Langmuir/Hill) được thiết lập bởi nồng độ phối tử so với hằng số phân ly, bản thân nó là số mũ của năng lượng tự do liên kết.

Phân chia ái lực theo enthalpy–entropy

Năng lượng tự do liên kết kết hợp một số hạng enthalpy từ các tiếp xúc mới và một số hạng entropy bao gồm sự mất tự do dịch chuyển và giải phóng dung môi có trật tự, do đó ái lực phản ánh sự bù trừ giữa các đóng góp này.

Mechanisms

Một giao diện hình thành khi các bề mặt bổ sung đưa các nhóm cho và nhận liên kết hydro, các nhóm tích điện và các vùng không phân cực vào đúng vị trí, trong khi nước bị dịch chuyển và tái tổ chức đóng góp một phần lớn dung môi. Tổng các tương tác yếu thiết lập hằng số cân bằng; tính đặc hiệu phát sinh vì một đối tác không tương thích không thể thỏa mãn cùng một tính bổ sung. Các hệ thống hợp tác, trong đó một sự kiện liên kết làm thay đổi ái lực của các sự kiện khác, tạo ra các đường cong liên kết hình chữ S, và các ái lực thu được được đọc bằng phép đo nhiệt lượng chuẩn độ, các xét nghiệm động học dựa trên bề mặt và chuẩn độ quang phổ.

Clinical relevance

Liên kết định lượng là nền tảng cho hoạt động của thuốc, kháng thể và các phân tử tín hiệu trên các mục tiêu của chúng, vì vậy các khái niệm về ái lực và tính đặc hiệu ở đây là cơ sở giáo dục cho dược lý phân tử và thiết kế xét nghiệm, không phải lời khuyên về liều lượng lâm sàng.

History

Mô tả định lượng về liên kết phát triển từ các đường đẳng nhiệt hấp phụ ban đầu và phân tích của Hill về liên kết oxy hợp tác với hemoglobin, và được đặt trên nền tảng nhiệt động học vững chắc khi hóa sinh vật lý phát triển các phương pháp đo trực tiếp năng lượng tự do liên kết.

Key figures

• Linus Pauling
• Archibald Hill
• Irving Langmuir

Seminal works

• phillips2012
• vanholde2006

Frequently asked questions

Hằng số phân ly cho bạn biết điều gì?

Đó là nồng độ phối tử mà tại đó một nửa số vị trí liên kết bị chiếm giữ; hằng số phân ly nhỏ hơn có nghĩa là liên kết chặt chẽ hơn và tương ứng với năng lượng tự do liên kết thuận lợi hơn.

Tại sao liên kết có thể thuận lợi về mặt entropy mặc dù hai phân tử liên kết với nhau?

Mặc dù các đối tác mất một số tự do, liên kết thường giải phóng nước có trật tự khỏi các bề mặt tiếp xúc, và sự tăng entropy dung môi đó có thể lớn hơn entropy bị mất bởi các đại phân tử.