분자 결합

Molecular binding

분자 결합은 두 분자 사이의 매력적인 상호작용으로, 분자들이 서로 가까이 있는 안정된 연관성을 낳습니다.그것은 원자나 분자가 전자를 공유함으로써 결합할 때 형성된다.항상 그렇지는 않지만 종종 화학적 결합이 수반됩니다.

어떤 경우에, 결합은 상당히 강할 수 있다. 예를 들어, 단백질 스트렙타비딘과 비타민 비오틴은 해리 상수(결합 비오틴과 유리 비오틴의 비율 반영)를 가지고−14 있기 때문에, 반응은 효과적으로 되돌릴 수 없다.분자 결합의 결과는 때때로 구성 요소를 함께 고정시키는 흡인력이 일반적으로 비공유인 분자 복합체의 형성이며, 따라서 일반적으로 공유 결합보다 에너지적으로 약하다.

분자 결합은 생물학적 복합체(예: 단백질의 쌍 또는 세트 사이 또는 단백질과 그것이 결합하는 작은 분자 배위자 사이)와 또한 배위 고분자 및 금속 유기 프레임워크와 같은 배위 네트워크의 경우처럼 생물 화학 시스템에서 발생한다.

종류들

분자 결합은 다음과 같은 [1]유형으로 분류할 수 있다.

  • 비공유성 – 상호작용하는 두 분자 사이에 화학적 결합이 형성되지 않으므로 연관성은 완전히 가역적이다.
  • 가역적 공유 결합 – 화학 결합이 형성되지만, 결합 생성물로부터 비공유적으로 결합되는 반응물을 분리하는 자유 에너지 차이가 거의 평형에 가깝고 활성화 장벽이 상대적으로 낮아서 화학 결합을 분리하는 역반응이 일어나기 쉽다.
  • 불가역적 공유가 – 화학 결합은 생성물이 반응물보다 열역학적으로 훨씬 안정적이어서 역반응이 일어나지 않는 형태로 형성된다.

결합 분자는 때로 "분자 복합체"라고 불리기도 합니다. 이 용어는 일반적으로 비공유 [2]결합을 가리킵니다.비공유성 상호작용은 효과적으로 돌이킬 수 없게 될 수 있다. 예를 들어, 효소의 엄격한 결합 억제제는 돌이킬 수 없는 공유 억제제와 매우 유사한 역동학을 가질 수 있다.가장 밀접하게 알려진 단백질-단백질 복합체 중 하나는 효소 앤지게닌과 리보핵산가수분해효소 억제제 사이의 것으로, 인간 단백질의 해리 상수는 5x10−16 mol/L이다.[3][4]다른 생물학적 예는 비오틴(비타민 B7/H, 해리 상수, Kd ≤ 10−14 mol/L)[5]에 대한 친화력이 매우 높은 결합 단백질 스트렙타비딘이다.이 때 반응 조건이 변화하면(예를 들어 단백질이 비오틴 농도가 매우 낮은 환경으로 이동하거나 pH 또는 이온 조건이 변화하면) 역반응을 촉진할 수 있다.예를 들어 비오틴-스트렙타비딘 상호작용은 복합체를 70°C의 물에서 배양함으로써 어느 [6]분자를 손상시키지 않고 분해할 수 있다.해리를 일으키는 국소농도 변화의 예는 폐의 헤모글로빈에서 말초조직에 [5]대한 리간드의 해리를 설명하는 Bohr 효과에서 찾을 수 있다.

일부 단백질-단백질 상호작용은 공유 결합을 [7]초래하고, 일부 의약품은 공유 [8]결합에 결합될 수도 있고 결합되지 않을 수도 있는 불가역적 길항제이다.약물 발견은 그들의 목표물에 공유 결합하는 약물 후보들이 매력적이고 그리고 나서 회피되는 시기를 거쳤다; 보르테조미브의 성공은 2000년대 [9][10]후반에 붕소 기반의 공유 결합 후보들을 더 매력적으로 만들었다.

추진력

복합체가 안정되기 위해서는 복합체의 자유 에너지가 용매 분리 분자보다 낮아야 한다.결합은 주로 엔트로피 구동(계통의 엔트로피 순 증가를 초래하는 분리된 분자 주위에 정렬된 용제 분자의 방출)일 수 있습니다.용제가 물인 경우 이를 소수성 효과라고 합니다.또는 정전 흡인력, 수소 결합력 및 판데르발스/런던 분산력 등의 비공유 흡인력이 안정적인 [11]복합체의 형성에 주된 원인이 되는 경우 결합은 엔탈피 구동될 수 있다.형성에 엔트로피 기여도가 높은 복합체는 엔탈피 기여도가 약한 경향이 있다.반대로 엔탈피 성분이 강한 복합체는 약한 엔트로피 성분을 갖는 경향이 있다.이 현상을 엔탈피 엔트로피 [12]보상이라고 합니다.

측정.

분자 복합체 성분 간의 결합 강도는 결합 상수(KA)에 의해 정량적으로 측정되며, 결합 상수는 복합체 농도를 몰 단위로 평형에서 분리된 성분 농도의 곱으로 나눈 비율로 정의된다.

분자복합체가 효소의 정상적인 기능을 방해할 때 결합상수는 억제상수(K)라고도I 한다.

예

분자 결합에 참여할 수 있는 분자는 단백질, 핵산, 탄수화물, 지질, 그리고 약물과 같은 작은 유기 분자를 포함한다.따라서 분자 결합의 결과로 형성되는 복합체의 유형은 다음과 같습니다.

다른 분자와 안정된 복합체를 형성하는 단백질은 종종 수용체라고 불리는 반면 그들의 결합 파트너는 [16]리간드라고 불립니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Smith AJ, Zhang X, Leach AG, Houk KN (Jan 2009). "Beyond picomolar affinities: quantitative aspects of noncovalent and covalent binding of drugs to proteins". Journal of Medicinal Chemistry. 52 (2): 225–33. doi:10.1021/jm800498e. PMC 2646787. PMID 19053779.
  2. ^ "Definition of a molecular complex". Compendium of Chemical Terminology: Gold Book. International Union of Pure and Applied Chemistry. 2012-08-19. doi:10.1351/goldbook.C01203. A molecular entity formed by loose association involving two or more component molecular entities (ionic or uncharged), or the corresponding chemical species. The bonding between the components is normally weaker than in a covalent bond. The term has also been used with a variety of shades of meaning in different contexts: it is therefore best avoided when a more explicit alternative is applicable. In inorganic chemistry the term 'coordination entity' is recommended instead of 'complex'.
  3. ^ Papageorgiou AC, Shapiro R, Acharya KR (Sep 1997). "Molecular recognition of human angiogenin by placental ribonuclease inhibitor--an X-ray crystallographic study at 2.0 A resolution". The EMBO Journal. 16 (17): 5162–77. doi:10.1093/emboj/16.17.5162. PMC 1170149. PMID 9311977.
  4. ^ Dickson KA, Haigis MC, Raines RT (2005). "Ribonuclease inhibitor: structure and function". Progress in Nucleic Acid Research and Molecular Biology. 80: 349–374. doi:10.1016/S0079-6603(05)80009-1. ISBN 9780125400800. PMC 2811166. PMID 16164979.
  5. ^ a b Green NM (1975). "Avidin". Advances in Protein Chemistry. 29: 85–133. doi:10.1016/s0065-3233(08)60411-8. ISBN 9780120342297. PMID 237414.
  6. ^ Holmberg A, Blomstergren A, Nord O, Lukacs M, Lundeberg J, Uhlén M (Feb 2005). "The biotin-streptavidin interaction can be reversibly broken using water at elevated temperatures". Electrophoresis. 26 (3): 501–510. doi:10.1002/elps.200410070. PMID 15690449. S2CID 16058388.
  7. ^ Westermarck J, Ivaska J, Corthals GL (Jul 2013). "Identification of protein interactions involved in cellular signaling". Molecular & Cellular Proteomics. 12 (7): 1752–63. doi:10.1074/mcp.R113.027771. PMC 3708163. PMID 23481661.
  8. ^ Rang HP, Ritter JM (2007). Rang and Dale's pharmacology (6th ed.). Philadelphia, PA: Churchill Livingstone/Elsevier. p. 19. ISBN 978-0-443-06911-6.
  9. ^ Hunter P (Feb 2009). "Not boring at all. Boron is the new carbon in the quest for novel drug candidates". 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 (Dec 2014). "Covalent docking of large libraries for the discovery of chemical probes". Nature Chemical Biology. 10 (12): 1066–72. doi:10.1038/nchembio.1666. PMC 4232467. PMID 25344815.
  11. ^ Miyamoto S, Kollman PA (Sep 1993). "What determines the strength of noncovalent association of ligands to proteins in aqueous solution?". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 90 (18): 8402–6. Bibcode:1993PNAS...90.8402M. doi:10.1073/pnas.90.18.8402. PMC 47364. PMID 8378312.
  12. ^ Cooper A (Oct 1999). "Thermodynamic analysis of biomolecular interactions". Current Opinion in Chemical Biology. 3 (5): 557–63. doi:10.1016/S1367-5931(99)00008-3. PMID 10508661.
  13. ^ Fu H (2004). Protein–protein interactions: methods and applications. Totowa, NJ: Humana Press. ISBN 1-58829-120-0.
  14. ^ Seitz H (2007). Analytics of Protein–DNA Interactions (Advances in Biochemical Engineering / Biotechnology). Berlin: Springer. ISBN 978-3-540-48147-8.
  15. ^ Folkers G, Böhm H, Schneider G, Mannhold R, Kubinyi H (2003). Protein–ligand interactions from molecular recognition to drug design. Weinheim: Wiley-VCH. ISBN 3-527-30521-1.
  16. ^ Klotz IM (1997). Ligand-receptor energetics: a guide for the perplexed. Chichester: John Wiley & Sons. ISBN 0-471-17626-5.