分子量

分子量（ $m ）は、特定の$ 分子の質量です。単位はダルトン（Da）がよく使用されます。^[1]同じ化合物の異なる分子は、元素の異なる同位体を含むため、分子量が異なる場合があります。派生した量である相対分子量は、分子の質量と原子質量定数（1ダルトンに等しい）の比の単位なしです。 ^[2]

分子量と相対分子量はモル質量とは異なりますが、モル質量と関連しています。モル質量は、特定の物質の質量をその物質の量で割ったものとして定義され、グラム毎モル(g/mol) で表されます。つまり、モル質量は多くの粒子または分子 (異なる同位体を含む可能性があります) の平均であり、分子量は特定の 1 つの粒子または分子の質量です。モル質量は、通常、物質の巨視的 (計量可能な) 量を扱う場合により適切な量です。

分子量の定義は、相対分子量と最も権威的に同義ですが、一般的にこの用語の使用は多岐にわたります。分子量が Da 単位で示される場合、それはモル質量に似ていますが単位が異なる加重平均として示されることがよくあります。分子生物学では、高分子の質量は分子量と呼ばれ、kDa で表されますが、数値は概算値であり、平均値を表すことが多いです。

「分子量」、「分子量」、および「モル質量」という用語は、単位や量の正確さが求められない、あまり形式的でない文脈では互換的に使用できます。分子量は、単一または特定の明確に定義された分子の質量を指すときによく使用され、サンプルの加重平均を指すときは分子量よりも一般的ではありません。2019年の SI 改訂以前は、ダルトン (Da) で表される量は、定義上、g/mol 単位で表されるモル質量と数値的に同等であり、したがって厳密に数値的に互換性がありました。2019 年の改訂後、この関係はほぼ同等ですが、その違いは実用上無視できるほど小さいです。

質量分析法で測定された小分子から中分子の分子量は、分子内の元素組成を決定するために使用できます。タンパク質などの高分子の分子量も質量分析法で決定できますが、結晶構造データや質量分析データが利用できない場合は、粘度と光散乱に基づく方法も分子量を決定するために使用されます。

計算

分子量は分子中に存在する各核種の原子質量から計算され、モル質量と相対分子量（分子量）は各元素の標準原子量^{[3]から計算されます。標準原子量は、与えられたサンプル中の元素の}同位体分布（通常は「標準」と想定されます）を考慮に入れます。たとえば、水のモル質量は18.0153（3）g/molですが、個々の水分子の分子量は18.010 564 6863（15）Da（¹ H
₂¹⁶ O)および22.027 7364(9) Da ( ² H
₂¹⁸ O）。

原子質量と分子質量は通常、同位体¹² C (炭素 12)の質量で定義されるダルトンで報告されます。ただし、統一原子質量単位(u) という名称は、今でも一般的に使用されています。定義された相対原子質量と分子質量は無次元です。g / molで表されたモル質量は、相対原子質量と分子質量とほぼ同じ数値を持ちます。たとえば、分子式が CH _4であるメタンのモル質量と分子質量は、次のように計算されます。

分子量の不確実性は、測定のばらつき（誤差）を反映しており、地球全体の同位体存在比の自然なばらつきを反映しているわけではありません。高解像度質量分析では、質量同位体¹² C ¹ H ₄と¹³ C ¹ H ₄は、それぞれ分子量が約 16.031 Da と 17.035 Da の別個の分子として観測されます。質量分析ピークの強度は、分子種の同位体存在比に比例します。12 ^C² H ¹ H ₃も、分子量 17 Da で観測されます。

決定

質量分析

質量分析では、小分子の分子量は通常、モノアイソトピック質量、つまり各元素の最も一般的な同位体のみを含む分子の質量として報告されます。これは、同位体の選択が定義されており、したがって（おそらく多数の）可能性の中から特定の 1 つの分子量であるという点で、分子量とは微妙に異なります。モノアイソトピック分子量を計算するために使用される質量は、同位体質量の表に記載されており、一般的な周期表には記載されていません。多くの原子を含む分子は、各元素の最も豊富な同位体のみで構成されている可能性は低いため、平均分子量はより大きな分子によく使用されます。理論的な平均分子量は、一般的な周期表に記載されている標準原子量を使用して計算できます。ただし、非常に小さなサンプルの平均分子量は、単一のサンプル平均が地理的に分散した多数のサンプルの平均と同じではないため、これと大幅に異なる場合があります。

質量光度測定

質量光度測定法（MP）は、タンパク質、脂質、糖、核酸の分子量を単一分子レベルで測定する、迅速で溶液中のラベルフリーの方法です。この技術は、干渉散乱光顕微鏡法に基づいています。^[4]タンパク質溶液とガラススライドの界面での単一の結合イベントによる散乱光のコントラストが検出され、分子の質量に直線的に比例します。この技術は、サンプルの均質性を測定したり、^{[5]タンパク質の}オリゴマー化状態を検出したり、複雑な高分子アセンブリ（リボソーム、GroEL、AAV）やタンパク質間相互作用などのタンパク質相互作用を特定したりするためにも使用できます。^[6]質量光度測定法は、広範囲の分子量（40 kDa～5 MDa）にわたって分子量を正確に測定できます。

流体力学的方法

第一近似として、マーク・ハウインクの関係^[7]に従って分子量を決定する根拠は、高分子の溶液（または懸濁液）の固有粘度が、特定の溶媒中の分散粒子の体積比に依存するという事実です。具体的には、分子量に関連する流体力学的サイズは、特定の分子の形状を表す変換係数に依存します。これにより、見かけの分子量は、DLS、SEC （溶離液が有機溶媒の場合は GPCとも呼ばれます）、粘度測定、拡散順序核磁気共鳴分光法（DOSY）など、流体力学的効果に敏感なさまざまな技術から説明できます。^[8]次に、見かけの流体力学的サイズを使用して、一連の高分子固有の標準を使用して分子量を概算できます。^[9]これには較正が必要であるため、多くの場合、「相対的な」分子量決定方法と呼ばれます。

静的光散乱

絶対分子量を光散乱から直接測定することも可能です。これは、従来はZimm 法を使用して行われます。これは、従来の静的光散乱または多角度光散乱検出器のいずれかを使用して行うことができます。この方法で測定された分子量は較正を必要としないため、「絶対」という用語が使用されています。必要な唯一の外部測定は、濃度による屈折率の変化を表す屈折率増分です。

参照

参考文献

^ 国際単位系（PDF）（第9版）、国際度量衡局、2022年12月、145ページ、ISBN 978-92-822-2272-0
^ IUPAC. 化学用語集、第2版（「ゴールドブック」）。AD McNaughtとA. Wilkinson編纂。Blackwell Scientific Publications、オックスフォード（1997年）。オンライン版（2019年以降）はSJ Chalkが作成。ISBN 0-9678550-9-8。https://doi.org/10.1351/goldbook。
^ 「すべての元素の原子量と同位体組成」NIST 。 2007年10月14日閲覧。
^ Young et al. (2018). 単一生物学的高分子の定量的イメージング。サイエンス 360, 423-427。DOI: https://doi.org/10.1126/science.aar5839
^ Sonn-Segev, A., Belacic, K., Bodrug, T. et al. 質量光度測定による高分子機械の不均一性の定量化。Nat Commun 11, 1772 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-15642-w
^ Soltermman et al. 質量光度計を用いた分子計数によるタンパク質間相互作用の定量化。Angew. Chem Int Ed、2020、59(27)、10774-10779
^ Paul, Hiemenz C.、Lodge P. Timothy. ポリマー化学。第2版。ボカラトン：CRC P、2007年。336、338-339。
^ Johnson Jr., CS (1999). 「拡散秩序核磁気共鳴分光法：原理と応用」。核磁気共鳴分光法の進歩。34 ( 3–4 ): 203–256。Bibcode :1999PNMRS..34..203J。doi :10.1016/S0079-6565(99)00003-5。
^ Neufeld, R.; Stalke, D. (2015). 「正規化された拡散係数による外部較正曲線を用いたDOSY-NMRによる小分子の正確な分子量測定」(PDF) . Chem. Sci. 6 (6): 3354–3364. doi : 10.1039/C5SC00670H . PMC 5656982 . PMID 29142693.

外部リンク

あらゆる化学式の分子量と逆数を計算する無料のAndroidアプリケーション
分子量、反応係数、化学量論の計算のための Microsoft Excel 用化学量論アドイン(Wayback Machineで 2011-05-11 にアーカイブ)。

[SI-1] 国際単位系（PDF）（第9版）、国際度量衡局、2022年12月、145ページ、ISBN 978-92-822-2272-0

[2] IUPAC. 化学用語集、第2版（「ゴールドブック」）。AD McNaughtとA. Wilkinson編纂。Blackwell Scientific Publications、オックスフォード（1997年）。オンライン版（2019年以降）はSJ Chalkが作成。ISBN 0-9678550-9-8。https://doi.org/10.1351/goldbook。

[3] 「すべての元素の原子量と同位体組成」NIST 。 2007年10月14日閲覧。

[4] Young et al. (2018). 単一生物学的高分子の定量的イメージング。サイエンス 360, 423-427。DOI: https://doi.org/10.1126/science.aar5839

[5] Sonn-Segev, A., Belacic, K., Bodrug, T. et al. 質量光度測定による高分子機械の不均一性の定量化。Nat Commun 11, 1772 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-15642-w

[6] Soltermman et al. 質量光度計を用いた分子計数によるタンパク質間相互作用の定量化。Angew. Chem Int Ed、2020、59(27)、10774-10779

[7] Paul, Hiemenz C.、Lodge P. Timothy. ポリマー化学。第2版。ボカラトン：CRC P、2007年。336、338-339。

[8] ^ Johnson Jr., CS (1999). 「拡散秩序核磁気共鳴分光法：原理と応用」。核磁気共鳴分光法の進歩。34 ( 3–4 ): 203–256。Bibcode :1999PNMRS..34..203J。doi :10.1016/S0079-6565(99)00003-5。

[9] Neufeld, R.; Stalke, D. (2015). 「正規化された拡散係数による外部較正曲線を用いたDOSY-NMRによる小分子の正確な分子量測定」(PDF) . Chem. Sci. 6 (6): 3354–3364. doi : 10.1039/C5SC00670H . PMC 5656982 . PMID 29142693.