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分子結合は、2 つの分子間の引力相互作用であり、その結果、分子が互いに近接した安定した結合が生まれます。これは、原子または分子が電子を共有して結合するときに形成されます。多くの場合、何らかの化学結合が関与しますが、常にそうとは限りません。
場合によっては、結合が非常に強くなることがあります。たとえば、タンパク質のストレプトアビジンとビタミンのビオチンの解離定数（結合ビオチンと遊離ビオチンの比率を反映）は 10 −14程度で、反応は事実上不可逆です。分子結合の結果、分子複合体が形成され、その構成要素を結合させる引力は一般に非共有結合であり、したがって通常はエネルギー的に共有結合よりも弱くなります。
分子結合は、生物学的複合体（例えば、タンパク質のペアまたはセット間、またはタンパク質とそれが結合する小分子リガンド間）で発生し、また、例えば、配位ポリマーや金属有機構造体などの配位ネットワークの場合のような生物化学システムでも発生します。
種類
分子結合は以下のタイプに分類できる：[1]
- 非共有結合– 相互作用する2つの分子間に化学結合は形成されないため、結合は完全に可逆的である。
- 可逆的な共有結合- 化学結合は形成されるが、非共有結合反応物と結合生成物を隔てる自由エネルギー差は平衡に近く、活性化障壁は比較的低いため、化学結合を切断する逆反応が容易に起こる。
- 不可逆的な共有結合 - 生成物が反応物よりも熱力学的にはるかに安定しているため、逆反応が起こらない化学結合が形成されます。
結合した分子は「分子複合体」と呼ばれることがある。この用語は一般に非共有結合の会合を指す。[2]非共有結合の相互作用は事実上不可逆になることがある。例えば、酵素の強固に結合する阻害剤は、不可逆な共有結合阻害剤と非常によく似た反応速度論を示すことがある。最も強固なタンパク質間複合体として知られているのは、酵素アンジオジェニンとリボヌクレアーゼ阻害剤の複合体である。ヒトタンパク質の解離定数は 5x10 −16 mol/L である。[3] [4]もう 1 つの生物学的な例としては、ビオチン（ビタミン B7/H、解離定数、K d ≈10 −14 mol/L）に対して非常に高い親和性を持つ結合タンパク質ストレプトアビジンがある。 [5]このような場合、反応条件が変化すると（例えば、タンパク質がビオチン濃度が非常に低い環境に移動したり、pH やイオン条件が変化したりする）、逆反応が促進される可能性がある。例えば、ビオチン-ストレプトアビジン相互作用は、複合体を70℃の水中でインキュベートすることで、どちらの分子も損傷することなく破壊することができます。[6]解離を引き起こす局所濃度の変化の例は、ボーア効果に見られます。これは、肺と末梢組織のヘモグロビンからのリガンドの解離を表しています。 [5]
いくつかのタンパク質間相互作用は共有結合を生じ、[7]一部の医薬品は不可逆的な拮抗薬であり、共有結合している場合もそうでない場合もあります。[8] 創薬においては、標的に共有結合する薬剤候補が魅力的であった時期と、その後避けられる時期がありました。ボルテゾミブの成功により、2000年代後半にはホウ素ベースの共有結合候補がより魅力的になりました。 [9] [10]
原動力
複合体が安定であるためには、定義により複合体の自由エネルギーが溶媒で分離された分子よりも低くなければなりません。結合は主にエントロピー駆動型（孤立した分子の周囲で整列した溶媒分子が放出され、システムのエントロピーが正味で増加する）である可能性があります。溶媒が水の場合、これは疎水効果として知られています。あるいは、結合はエンタルピー駆動型であり、静電引力、水素結合、ファンデルワールス/ロンドン分散力などの非共有結合性の引力が主に安定した複合体の形成に関与しています。[11] 形成に対するエントロピーの寄与が大きい複合体は、エンタルピーの寄与が弱い傾向があります。逆に、エンタルピー成分が強い複合体は、エントロピー成分が弱い傾向があります。この現象はエンタルピー-エントロピー補償として知られています。[12]
測定
分子複合体の成分間の結合の強さは、複合体の濃度を、モル単位で平衡状態にある孤立した成分の濃度の積で割った比として定義される結合定数(K A ) によって定量的に測定されます。
![{\displaystyle A+B\rightleftharpoons AB:\log K_{A}=\log \left({\frac {[AB]}{[A][B]}}\right)=-pK_{A}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/bbe742df7f5977d36348f9947292e9744b66c9a8)
分子複合体が酵素の正常な機能を妨げる場合、結合定数は阻害定数(K I )とも呼ばれます。
例
分子結合に関与できる分子には、タンパク質、核酸、炭水化物、脂質、薬物などの小さな有機分子などがあります。したがって、分子結合の結果として形成される複合体の種類には次のものがあります。
他の分子と安定した複合体を形成するタンパク質は受容体と呼ばれ、その結合相手はリガンドと呼ばれます。[16]
参照
参考文献
- ^ Smith AJ、 Zhang X、Leach AG、Houk KN (2009 年 1 月)。「ピコモル親和力を超えて: 薬物のタンパク質への非共有結合と共有結合の定量的側面」。Journal of Medicinal Chemistry。52 ( 2 ): 225–33。doi :10.1021/jm800498e。PMC 2646787。PMID 19053779。
- ^ 「分子錯体の定義」。化学用語集: ゴールドブック。国際純正応用化学連合。2012-08-19。doi : 10.1351 /goldbook.C01203。2つ以上の成分分子実体（イオン性または非電荷性）または対応する化学種を含む緩い会合によって形成された分子実体。成分間の結合は、通常、共有結合の場合より
も弱い。この用語は、さまざまな文脈でさまざまな意味合いで使用されているため、より明確な代替語が適用できる場合は使用を避けるのが最善です。無機化学では、「錯体」ではなく「配位実体」という用語が推奨されています。
- ^ Papageorgiou AC、Shapiro R、Acharya KR (1997 年 9 月)。「胎盤リボヌクレアーゼ阻害剤によるヒトアンジオジェニンの分子認識 - 2.0 Å 解像度での X 線結晶構造研究」。EMBOジャーナル。16 ( 17 ): 5162–77。doi :10.1093 / emboj /16.17.5162。PMC 1170149。PMID 9311977。
- ^ Dickson KA、Haigis MC、 Raines RT (2005)。「リボヌクレアーゼ阻害剤：構造と機能」。核酸研究と分子生物学の進歩。80 ：349–374。doi ： 10.1016/S0079-6603（05）80009-1。ISBN 9780125400800. PMC 2811166 . PMID 16164979.
- ^ ab Green NM (1975). 「アビジン」.タンパク質化学の進歩. 29 : 85–133. doi :10.1016/s0065-3233(08)60411-8. ISBN 9780120342297. PMID 237414。
- ^ Holmberg A、Blomstergren A、Nord O 、Lukacs M、Lundeberg J、Uhlén M (2005 年 2 月)。「ビオチン-ストレプトアビジン相互作用は、高温の水を使用することで可逆的に破壊される」。 電気泳動。26 ( 3): 501–510。doi :10.1002/elps.200410070。PMID 15690449。S2CID 16058388。
- ^ Westermarck J、 Ivaska J、Corthals GL (2013年7月) 。 「細胞シグナル伝達に関与するタンパク質相互作用の同定」。 分子・細胞プロテオミクス。12 (7):1752–63。doi : 10.1074/ mcp.R113.027771。PMC 3708163。PMID 23481661。
- ^ Rang HP、Ritter JM (2007)。Rang and Dale's pharmacology (第6版)。フィラデルフィア、ペンシルバニア州：Churchill Livingstone/Elsevier。p. 19。ISBN 978-0-443-06911-6。
- ^ Hunter P (2009 年2 月)。 「まったく退屈ではありません。ホウ素は、新薬候補の探求における新しい炭素です」。EMBOレポート。10 (2): 125–8。doi : 10.1038 /embor.2009.2。PMC 2637326。PMID 19182828 。
- ^ London N、Miller RM、Krishnan S、Uchida K、Irwin JJ、Eidam O、Gibold L、Cimermančič P、Bonnet R、Shoichet BK、Taunton J (2014 年 12 月)。「化学プローブの発見のための大規模ライブラリの共有結合ドッキング」。Nature Chemical Biology。10 ( 12 ) : 1066–72。doi : 10.1038 /nchembio.1666。PMC 4232467。PMID 25344815。
- ^ Miyamoto S, Kollman PA (1993 年 9 月). 「水溶液中のタンパク質に対するリガンドの非共有結合の強さを決定する要因は何か?」. 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.
- ^ Cooper A (1999年10月). 「生体分子相互作用の熱力学的分析」. Current Opinion in Chemical Biology . 3 (5): 557–63. doi :10.1016/S1367-5931(99)00008-3. PMID 10508661.
- ^ Fu H (2004).タンパク質間相互作用：方法と応用. トトワ、ニュージャージー：ヒューマナプレス. ISBN 1-58829-120-0。
- ^ Seitz H (2007).タンパク質–DNA相互作用の分析（生化学工学/バイオテクノロジーの進歩）ベルリン：シュプリンガー。ISBN 978-3-540-48147-8。
- ^ フォルカーズ G、ベーム HJ、シュナイダー G、マンホールド R、クビニ H (2003)。分子認識から薬剤設計までのタンパク質とリガンドの相互作用。ワインハイム: ワイリー-VCH。ISBN 3-527-30521-1。
- ^ Klotz IM (1997).リガンド受容体のエネルギー論：困惑した人のためのガイドチチェスター：John Wiley & Sons. ISBN 0-471-17626-5。