אינטראקציות הידרופוביות במה שהן, חשיבות ביולוגית ודוגמאות

ה אינטראקציות הידרופובי (HI) הם הכוחות ששומרים על הלכידות בין תרכובות אפולריות שקועות בתמיסה או בממס קוטבי. בניגוד אינטראקציות אופי אחרים שאינם קוולנטיים, כגון קשרי מימן, אינטראקציות יוניות או כוחות ואן דר ואלס, אינטראקציות הידרופוביות אינן תלויות במאפיינים המהותיים של מומסים, אלא ממסים.

דוגמה מובהקת לאינטראקציות אלה עשויה להיות הפרדת פאזה המתרחשת כאשר מנסים לערבב מים בשמן. במקרה זה, מולקולות השמן "אינטראקציה" זה עם זה כתוצאה של הזמנת מולקולות המים סביבם.

הרעיון של אינטראקציות אלה קיים לפני שנות הארבעים. עם זאת, המונח "קשר הידרופובי" נטבע על ידי Kauzmann ב 1959, בעת שחקר את הגורמים החשובים ביותר בייצוב השלושה הממדים של חלבונים מסוימים.

HIs הם האינטראקציות הלא ספציפיות החשובות ביותר המתרחשות במערכות ביולוגיות. כמו כן, יש להם תפקיד חשוב במגוון רחב של יישומים הנדסיים ותעשייה הכימית והפרמצבטית שאנו מכירים כיום.

אינדקס

• 1 מהן אינטראקציות הידרופוביות??
• חשיבות ביולוגית
• 3 דוגמאות של אינטראקציות הידרופובי
  • 3.1 ממברנות
  • 3.2 חלבונים
  • 3.3 דטרגנטים
• 4 הפניות

מהן אינטראקציות הידרופובי??

הסיבה הפיזית של HI מבוססת על חוסר היכולת של חומרים אפולריים ליצור קשרים מימן עם מולקולות מים בפתרון.

ידוע בתור "אינטראקציות שאינן ספציפיות" משום שאינו קשורה הזיקה בין מולקולות מומסות, אלא עם המגמה של מולקולות מים כדי לשמור על יחסי הגומלין שלהם באמצעות קשרי מימן.

במגע עם מים, מולקולות אי-קוטביות או הידרופובי נוטות לצבור ספונטני, על מנת להשיג יציבות רבה יותר על ידי הפחתת שטח הפנים של מגע עם מים.

אפקט זה יכול להיות מבולבל עם משיכה חזקה, אבל זה רק תוצאה של אופי אפולרי של החומרים ביחס ממס.

מנקודת מבט תרמודינמית, אלה עמותות ספונטניות להתרחש בחיפוש אחר מצב חיובי אנרגטי, שבו יש וריאציה הקטן ביותר של אנרגיה חופשית (ΔG).

בהתחשב בכך .DELTA.G = AH - TΔS, המדינה הכי נוח אנרגטית היא אחד שבו האנטרופיה (ΔS) הוא גדול, כי הוא, איפה יש מולקולות מים פחות שחופש הסיבוב translational מצטמצם על ידי מגע עם מומס אפולרי.

כאשר מולקולות אי-קוטביות קשורות יחד, מחויב מולקולות מים, מצב חיובי יותר מתקבל אם המולקולות אלה נשארים נפרדות, כל אחד מוקף "כלוב" של מולקולות מים של שונה.

חשיבות ביולוגית

יש לי חשיבות רבה מאז שהם מתרחשים במגוון תהליכים ביוכימיים.

תהליכים אלה שינויים מרחביים בחלבונים, מצע האנזים המחייב, עמותה למקטע של מתחמי אנזים, צבירת היווצרות קרום ביולוגי, הייצוב של חלבונים בפתרונות ואחרים מימיים הם.

במונחים כמותיים, מחברים שונים נתנו את המשימה של קביעה מהי החשיבות של HI ביציבות המבנה של מספר רב של חלבונים, למסקנה כי האינטראקציות הללו תורמים יותר מ 50%.

חלבונים בממברנה רבים (נפרד ומרוחק) המשויכים bilayers השומנים ידי HI כאשר במבנים שלהם, יש חלבונים כגון תחומים עם אופי הידרופובי. יתר על כן, את יציבות המבנה השלישוני של חלבונים מסיסים רבים תלוי HI.

כמה טכניקות בחקר ביולוגיה של התא לנצל את הנכס המצוי בידי חלק דטרגנטים יוניים ליצירת מיצלות, שהן "חצי כדור" המבנה של תרכובות amphiphilic אזורים פולרי אשר קשורים זה לזה על ידי HI.

Micelles משמשים גם מחקרים פרמצבטיים המערבים את אספקתם של תרופות מסיסות בשומן ואת היווצרותם היא חיונית גם עבור קליטה של ​​ויטמינים ושומנים מורכבים בגוף האדם.

דוגמאות של אינטראקציות הידרופובי

ממברנות

דוגמה מצוינת של HI היא היווצרות של קרום התא. מבנים אלה מורכבים bilayer של phospholipids. הארגון שלה ניתנת הודות HI המתרחשים בין זנבות אפולריים "דחייה" לסביבה מימית שמסביב.

חלבונים

HI יש להם השפעה רבה על הקיפול של חלבונים כדוריים, אשר צורה פעילה ביולוגי מתקבל לאחר ההקמה בתצורה מרחבית מסוימת, נשלטת על ידי הנוכחות של שאריות חומצת אמינו מסוימות במבנה.

• המקרה של apomioglobin

Apomyoglobin (heme חסר מיוגלובין) הוא סליל אלפא חלבון קטן שמש כמודל ללמוד את תהליך הקיפול ואת החשיבות של HI בין שאריות פולריות בשרשרת פוליפפטיד ממנו.

במחקר שנערך על ידי Dyson ואח ב 2006 שבו apomyoglobin מוטצית רצפים הועסק, הודגם כי הייזום של אירועים מתקפלים זה תלוי בעיקר חומצות אמינו HI עם קבוצות פולריות של סלילים-אלפא.

לפיכך, שינויים קטנים שהוכנסו ברצף חומצות האמינו משנים שינויים חשובים במבנה השלישוני, אשר גורם לחלבונים פגומים ולא פעילים.

דטרגנטים

דוגמה ברורה נוספת של HI היא צורת הפעולה של דטרגנטים מסחריים שאנו משתמשים בהם למטרות ביתיות מדי יום.

דטרגנטים הם מולקולות אמפיפאטיות (עם קוטב ואזור אפולרי). הם יכולים "emulsify" שומנים שכן יש להם את היכולת ליצור קשרים מימן עם מולקולות מים יש אינטראקציות הידרופובי עם שומנים השומנים הקיימים.

במגע עם שומנים בתמיסה מימית, מולקולות חומר הניקוי לקשר עם אחד כזה עוד כי הזנבות הפולריים פנים, התוחמות את מולקולות שומנים באזורי קוטב חשופים על פני השטח של micelle, הזנה מגע עם מים.

הפניות

1. צ'נדלר, ד. (2005). ממשקים ואת הכוח המניע של הרכבה הידרופובי. טבע, 437 (7059), 640-647.
2. קואי, X., ליו, J., שיה, L., הואנג, ג ', ליו, ש, Israelachvili, J. N., & זנג, H. (2018). אפנון של אינטראקציה הידרופובי על ידי מתווך פני השטח ננו המבנה וכימיה, לא מונוטוני על ידי הידרופוביטיות. אנגוונדט צ'מי - מהדורה בינלאומית, 57 (37), 11903-11908.
3. Dyson, J. H., Wright, P. E., & Sheraga, H. A. (2006). תפקידם של אינטראקציות הידרופובי ביזום והתפשטות של קיפול חלבונים. PNAS, 103 (35), 13057-13061.
4. Lodish, H., ברק, א, קייזר, C.A., קריגר, M., Bretscher, א, Ploegh, H., אמון, א, סקוט, M. & מרטין, ק '(2003). ביולוגיה תא מולקולרית (מהדורה 5). פרימן, וו. ח.
5. Luckey, M. (2008). ביולוגיה מבנית בממברנה: עם יסודות ביוכימיים וביופיזיים. הוצאת אוניברסיטת קיימברידג '. מקור: www.cambrudge.org/9780521856553
6. Meyer, E. E., Rosenberg, K. J., & Israelachvili, J. (2006). התקדמות לאחרונה בהבנת אינטראקציות הידרופובי. ההליכים של האקדמיה הלאומית למדעים, 103 (43), 15739-15746.
7. Nelson, D. L., & Cox, M. (2009). Lehninger עקרונות ביוכימיה. מהדורות אומגה (מהדורה חמישית).
8. Némethy, G. (1967). אנגוונדט צ'מי. Chem. Int., 6 (3), 195-280.
9. Otto, S., & Engberts, J. B. F. N. (2003). אינטראקציות הידרופובי ותגובה כימית. כימיה אורגנית וביומולקולרית, 1 (16), 2809-2820.
10. פייס, CN, פו, ח, Fryar, KL, Landua, J., Trevino, SR, שירלי, BA, הנדריקס, M., Iimura, ס, Gajiwala, ק ', שולץ, J. & Grimsley, GR ( 2011). תרומה של אינטראקציות הידרופובי יציבות חלבון. Journal of Molecular Biology, 408 (3), 514-528.
11. סילברסטיין, ט 'פ. (1998). הסיבה האמיתית למה שמן ומים לא מערבבים. כתב עת לחינוך כימי, 75 (1), 116-118.