二量体化

化学において、二量体化とは、2つの同一または類似の分子実体が結合によって結合する過程である。結果として生じる結合は、強い場合も弱い場合もある。多くの対称的な化学種は、モノマーが不明または非常に不安定な場合でも、二量体として記述される。 ^[¹^]

2 つのサブユニットが同一である場合 (例: A–A) にはホモダイマーという用語が使用され、同一でない場合 (例: A–B) にはヘテロダイマーという用語が使用されます。二量体化の逆は、しばしば解離と呼ばれます。反対の電荷を持つ 2 つのイオンが結合して二量体を形成する場合、デンマークの化学者Niels Bjerrumにちなんで、それらはBjerrum ペアと呼ばれます^{[ 2 ]}。

非共有結合二量体

無水カルボン酸は、酸性水素とカルボニル酸素の水素結合によって二量体を形成する。例えば、酢酸は気相で二量体を形成し、モノマー単位は水素結合によって結合している。^{[ 3 ]} OHを含む多くの分子は二量体を形成する。例えば、水の二量体など。

弱い静電相互作用やファンデルワールス相互作用に基づいて形成される二量体は寿命が短いが、マトリックス分離などの特殊な実験装置によって安定化させることができる。代表的な例として二酸化炭素二量体^{[ 4 ]}があり、これは金星の大気に関連していると考えられる^{[ 5 ] 。}

エキシマーとエキシプレックスは、寿命の短い励起構造です。例えば、希ガスは安定な二量体を形成しませんが、高圧と電気刺激の下ではエキシマーAr ₂ *、Kr ₂ *、Xe _{2 * を形成します。}^{[ 6 ]}

共有結合二量体

分子二量体は、2つの同一化合物の反応によって形成されることが多い。例：2A → A−A。この例では、モノマー「A」が二量化して二量体「 A−A 」を生成するとされている。

ジシクロペンタジエンは、2つのシクロペンタジエン分子がディールス・アルダー反応を起こして生成した非対称二量体である。加熱すると、「分解」（逆ディールス・アルダー反応）して同一のモノマーを生成する。

{\ce {C10H12 -> 2 C5H6}}

多くの非金属元素は二量体として存在します。水素、窒素、酸素、そしてハロゲン元素で_ある_フッ素、塩素、臭素、ヨウ素などがそうです。一部の金属も気相で一定割合の二量体を形成します。例えば、_二リチウム（Li₂）、二ナトリウム（Na₂）、二カリウム（K₂ ）、_二ルビジウム（Rb₂）、二セシウム（Cs₂）などです。このような元素の二量体は_、同核二原子分子です。

高分子化学

ポリマーの文脈では、「二量体」は化学量論や縮合反応に関係なく、重合度2も指します。

このことが当てはまる例の一つは二糖類である。例えば、セロビオースはグルコースの二量体であるが、その生成反応では水が生成される。

{\ce {2 C6H12O6 -> C12H22O11 + H2O}}

ここで生成される二量体は、元の二量体とは異なる化学量論比を持つ。

二糖類は、同じ単糖類から構成されている必要はなく、二量体とみなされます。例えば、フルクトースとグルコースの二量体であるスクロースは、上記と同じ反応式に従います。

アミノ酸は二量体を形成することもあり、これをジペプチドと呼ぶ。例えば、グリシン分子2個がペプチド結合で結合したグリシルグリシンが挙げられる。その他の例としては、アスパルテームやカルノシンなどがある。

無機および有機金属二量体

多くの分子やイオンは、たとえモノマーが特定できない場合でも、二量体として記述される。

ボラネス

ジボラン（B ₂ H _{6 ）は}ボランの二量体であり、捉えどころがなく、めったに観察されない。R2BH 型の化合物のほとんどすべてが二量体として存在する。^{[ 7 ]}

有機アルミニウム化合物

トリアルキルアルミニウム化合物は、結合している基の立体障害の大きさに応じて、モノマーまたはダイマーとして存在することができる。例えば、トリメチルアルミニウムはダイマーとして存在するが、トリメシチルアルミニウムはモノマー構造をとる。^{[ 8 ]}

有機クロム化合物

シクロペンタジエニルクロム三カルボニル二量体は、単金属ラジカル(C ₅ H ₅ )Cr(CO) ₃と測定可能な平衡量で存在する。^[⁹^]

生化学的二量体

ピリミジン二量体

ピリミジン二量体（チミン二量体とも呼ばれる）は、紫外線にさらされた際にピリミジンDNA塩基から光化学反応によって形成される。 ^[⁸^]この架橋によりDNAの突然変異が起こり、発がん性があり、皮膚がんを引き起こす可能性がある。^[⁸^]ピリミジン二量体が存在すると、ポリメラーゼを阻害し、修復されるまでDNAの機能を低下させる可能性がある。 ^[⁸^]

タンパク質二量体

タンパク質二量体は、 2 つのタンパク質間の相互作用から生じ、これらのタンパク質はさらに相互作用して、より大きく複雑なオリゴマーを形成することができます。^{[ 10 ]}例えば、チューブリンは α-チューブリンとβ-チューブリンの二量体化によって形成され、この二量体はさらに重合して微小管を形成します。^{[ 11 ]}対称タンパク質の場合、より大きなタンパク質複合体は、より小さな同一のタンパク質サブユニットに分解され、その後二量体化して、機能的なタンパク質を作るために必要な遺伝暗号を減らすことができます。^{[ 10 ]}

Gタンパク質共役型受容体

ヒトゲノム内で最大かつ最も多様な受容体ファミリーである Gタンパク質共役受容体（GPCR）は、広範囲にわたって研究されており、最近の研究では、GPCRが二量体を形成する能力が支持されています。^{[ 12 ]} GPCR二量体には、GPCRファミリーの関連メンバーから形成されるホモ二量体とヘテロ二量体の両方が含まれます。^{[ 13 ]}すべてではありませんが、 GABA _B受容体など、機能するために二量体化を必要とするGPCRもあり、生物システムにおける二量体の重要性が強調されています。^{[ 14 ]}

受容体チロシンキナーゼ

Gタンパク質共役受容体と同様に、受容体チロシンキナーゼ（RTK）がシグナル伝達においてその機能を果たすには二量体化が不可欠であり、様々な細胞プロセスに影響を与える。^{[ 15 ]} RTKは通常モノマーとして存在するが、リガンド結合時に構造変化を起こし、近くのRTKと二量体化することができる。^[¹⁶^]^[¹⁷^]二量体化により、さらなるシグナル伝達を担う細胞質キナーゼドメインが活性化される。^[¹⁵^]

参考文献

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