Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Молекулярное связывание - это притягивающее взаимодействие между двумя молекулами, которое приводит к стабильной ассоциации, в которой молекулы находятся в непосредственной близости друг от друга. Оно образуется, когда атомы или молекулы связываются вместе путем обмена электронами. Часто, но не всегда, это связано с химическими связями .

В некоторых случаях ассоциации могут быть довольно сильными - например, белок стрептавидин и витамин биотин имеют константу диссоциации (отражающую соотношение между связанным и свободным биотином) порядка 10 -14 - и поэтому реакции фактически необратимы. . Результатом молекулярного связывания иногда является образование молекулярного комплекса, в котором силы притяжения, удерживающие компоненты вместе, обычно нековалентны и, таким образом, обычно энергетически слабее, чем ковалентные связи .

Молекулярное связывание происходит в биологических комплексах (например, между парами или наборами белков или между белком и низкомолекулярным лигандом, который он связывает), а также в абиологических химических системах, например, в случае координационных полимеров и координационных сетей, таких как металл-органические соединения. каркасы .

Типы [ править ]

Молекулярное связывание можно разделить на следующие типы: [1]

  • нековалентный - между двумя взаимодействующими молекулами не образуются химические связи, поэтому ассоциация полностью обратима
  • обратимая ковалентная - образуется химическая связь, однако разность свободной энергии, отделяющая нековалентно связанные реагенты от связанного продукта, близка к равновесию, а барьер активации относительно низок, так что обратная реакция, которая расщепляет химическую связь, легко происходит
  • необратимая ковалентная - образуется химическая связь, в которой продукт термодинамически намного более стабилен, чем реагенты, так что обратная реакция не происходит.

Связанные молекулы иногда называют «молекулярным комплексом» - этот термин обычно относится к нековалентным ассоциациям. [2] Нековалентные взаимодействия могут стать необратимыми; например, жесткий связывающие ингибиторы из ферментов могут иметь кинетику , которые близко напоминают необратимые ингибиторы ковалентных. Среди самых прочных известных белок-белковых комплексов находится комплекс между ферментом ангиогенином и ингибитором рибонуклеазы ; константа диссоциации белков человека составляет 5x10 -16 моль / л. [3] [4] Другим биологическим примером является связывающий белок стрептавидин., который имеет чрезвычайно высокое сродство к биотину (витамин B7 / H, константа диссоциации , K d ≈ 10 −14 моль / л). [5] В таких случаях, если условия реакции изменяются (например, белок перемещается в среду, в которой концентрация биотина очень низкая, или изменяются pH или ионные условия), может быть ускорена обратная реакция. Например, взаимодействие биотин-стрептавидин можно прервать, инкубируя комплекс в воде при 70 ° C, не повреждая ни одну из молекул. [6] Пример изменения локальной концентрации, вызывающей диссоциацию, можно найти в эффекте Бора , который описывает диссоциацию лигандов от гемоглобина.в легких по сравнению с периферическими тканями. [5]

Некоторые белок-белковых взаимодействий в результате ковалентного связывания , [7] и некоторые лекарственные средства являются необратимые антагонисты , которые могут или не могут быть ковалентно связаны. [8] Открытие лекарств проходило через периоды, когда кандидаты-кандидаты, которые ковалентно связывались со своими мишенями, были привлекательными, а затем их избегали; Успех бортезомиба сделал кандидатов с ковалентным связыванием на основе бора более привлекательными в конце 2000-х годов. [9] [10]

Движущая сила [ править ]

Чтобы комплекс был стабильным, его свободная энергия по определению должна быть ниже, чем у молекул, разделенных растворителем. Связывание может быть в первую очередь обусловлено энтропией (высвобождение упорядоченных молекул растворителя вокруг изолированной молекулы, что приводит к чистому увеличению энтропии системы). Когда растворителем является вода, это называется гидрофобным эффектом . В качестве альтернативы связывание может быть обусловлено энтальпией, когда нековалентные силы притяжения, такие как электростатическое притяжение, водородная связь и дисперсионные силы Ван-дер-Ваальса / Лондона , в первую очередь ответственны за образование стабильного комплекса. [11] Комплексы, которые имеют большой вклад энтропии в образование, как правило, имеют слабый вклад энтальпии. И наоборот, комплексы, которые имеют сильную энтальпийную составляющую, имеют тенденцию иметь слабую энтропийную составляющую. Это явление известно как энтальпийно-энтропийная компенсация . [12]

Измерение [ править ]

Сила связывания между компонентами молекулярного комплекса количественно измеряется константой связывания (K A ), определяемой как отношение концентрации комплекса, деленное на произведение концентраций изолированных компонентов в состоянии равновесия в молярных единицах.

Когда молекулярный комплекс препятствует нормальному функционированию фермента , константа связывания также называется константой ингибирования (K I ).

Примеры [ править ]

Молекулы, которые могут участвовать в молекулярном связывании, включают белки , нуклеиновые кислоты , углеводы , липиды и небольшие органические молекулы, такие как лекарства . Следовательно, типы комплексов, которые образуются в результате молекулярного связывания, включают:

  • белок-белок [13]
  • белок– ДНК [14]
  • белок - гормон
  • белок – лекарство [15]

Белки, которые образуют стабильные комплексы с другими молекулами, часто называют рецепторами, а их партнеры по связыванию - лигандами . [16]

См. Также [ править ]

  • Рецептор (биохимия)
  • Супрамолекулярная химия

Ссылки [ править ]

  1. Перейти ↑ Smith AJ, Zhang X, Leach AG, Houk KN (январь 2009 г.). «Помимо пикомолярного сродства: количественные аспекты нековалентного и ковалентного связывания лекарств с белками» . Журнал медицинской химии . 52 (2): 225–33. DOI : 10.1021 / jm800498e . PMC  2646787 . PMID  19053779 .
  2. ^ «Определение молекулярного комплекса» . Сборник химической терминологии: Золотая книга . Международный союз теоретической и прикладной химии. 2012-08-19. Молекулярный объект, образованный слабой ассоциацией с участием двух или более компонентных молекулярных объектов (ионных или незаряженных) или соответствующих химических соединений. Связь между компонентами обычно слабее, чем ковалентная связь. Этот термин также использовался с множеством оттенков значения в разных контекстах: поэтому его лучше избегать, когда применима более явная альтернатива. В неорганической химии вместо термина «комплексный» рекомендуется термин «координационная единица».
  3. ^ Papageorgiou AC, Шапиро R, Ачарья KR (сентябрь 1997). «Молекулярное распознавание человеческого ангиогенина ингибитором плацентарной рибонуклеазы - рентгеноструктурное исследование с разрешением 2,0 A» . Журнал EMBO . 16 (17): 5162–77. DOI : 10.1093 / emboj / 16.17.5162 . PMC 1170149 . PMID 9311977 .  
  4. ^ Dickson К.А., Haigis MC, Рейнс RT (2005). «Ингибитор рибонуклеазы: структура и функции» . Прогресс в исследованиях нуклеиновых кислот и молекулярной биологии . 80 : 349–374. DOI : 10.1016 / S0079-6603 (05) 80009-1 . PMC 2811166 . PMID 16164979 .  
  5. ^ а б Грин Н.М. (1975). «Авидин». Достижения в химии белков . 29 : 85–133. DOI : 10.1016 / s0065-3233 (08) 60411-8 . PMID 237414 . 
  6. ↑ Holmberg A, Blomstergren A, Nord O, Lukacs M, Lundeberg J, Uhlén M (февраль 2005 г.). «Взаимодействие биотин-стрептавидин может быть обратимо нарушено с использованием воды при повышенных температурах». Электрофорез . 26 (3): 501–510. DOI : 10.1002 / elps.200410070 . PMID 15690449 . 
  7. ^ Вестермарк J, J Ivaska, Corthals GL (июль 2013). «Идентификация белковых взаимодействий, участвующих в клеточной передаче сигналов» . Молекулярная и клеточная протеомика . 12 (7): 1752–63. DOI : 10.1074 / mcp.R113.027771 . PMC 3708163 . PMID 23481661 .  
  8. Перейти ↑ Rang HP, Ritter JM (2007). Фармакология Рэнга и Дейла (6-е изд.). Филадельфия, Пенсильвания: Черчилль Ливингстон / Эльзевир. п. 19. ISBN 0-443-06911-5.
  9. ↑ Хантер П. (февраль 2009 г.). «Совсем не скучно. Бор - новый углерод в поисках новых кандидатов в лекарства» . EMBO Reports . 10 (2): 125–8. DOI : 10.1038 / embor.2009.2 . PMC 2637326 . PMID 19182828 .  
  10. ↑ London N, Miller RM, Krishnan S, Uchida K, Irwin JJ, Eidam O, Gibold L, Cimermančič P, Bonnet R, Shoichet BK, Taunton J (декабрь 2014 г.). «Ковалентная стыковка больших библиотек для открытия химических зондов» . Природа Химическая биология . 10 (12): 1066–72. DOI : 10,1038 / nchembio.1666 . PMC 4232467 . PMID 25344815 .  
  11. ^ Миямото S, Коллман PA (сентябрь 1993). «Что определяет силу нековалентной ассоциации лигандов с белками в водном растворе?» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 90 (18): 8402–6. Bibcode : 1993PNAS ... 90.8402M . DOI : 10.1073 / pnas.90.18.8402 . PMC 47364 . PMID 8378312 .  
  12. ↑ Cooper A (октябрь 1999 г.). «Термодинамический анализ биомолекулярных взаимодействий». Текущее мнение в химической биологии . 3 (5): 557–63. DOI : 10.1016 / S1367-5931 (99) 00008-3 . PMID 10508661 . 
  13. Перейти ↑ Fu H (2004). Белковые взаимодействия: методы и применения . Тотова, Нью-Джерси: Humana Press. ISBN 1-58829-120-0.
  14. Перейти ↑ Seitz H (2007). Аналитика взаимодействий белок-ДНК (достижения в области биохимической инженерии / биотехнологии) . Берлин: Springer. ISBN 3-540-48147-8.
  15. ^ Фолкерс G, H Бем, Schneider G, Mannhold R, Kubinyi H (2003). Взаимодействия белок-лиганд от молекулярного распознавания до дизайна лекарств . Вайнхайм: Wiley-VCH. ISBN 3-527-30521-1.
  16. Перейти ↑ Klotz IM (1997). Лиганд-рецепторная энергетика: путеводитель для недоумевающих . Чичестер: Джон Уайли и сыновья. ISBN 0-471-17626-5.