生体分子における非共有結合的引力

共有結合は、相互作用する原子間で電子のペアが共有されるときに形成されます。これらの強い結合が壊れるには、大量のエネルギーが必要です。

共有結合は原子を分子につなげる分子内力ですが、分子間および非共有結合の引力は、分子間またはより大きな分子の異なる部分内の原子のグループを安定化します。

個々には弱いですが、多くの非共有結合相互作用が一緒になって、分子を長時間結合し続けることができます。

生物学的システムでは、イオン相互作用、水素結合、ファンデルワールス力、疎水性相互作用の4つの主要なタイプの非共有結合引力が発生します。

イオン相互作用は、反対に帯電したイオン間で発生します。

DNA骨格には、互いに近接して多くの負に帯電したリン酸基があります。分子を安定化するために、マグネシウムなどの陽イオンがリン酸塩基と相互作用し、DNAの正味電荷を中和します。

水素結合は、酸素や窒素などの電気陰性度の高い原子に共有結合した水素原子が、別の電気陰性度原子上の孤立電子対と相互作用するときに形成されます。

DNAでは、相補的な鎖は水素結合によって対になっています。一方の鎖の塩基は、共有結合した水素を、もう一方の鎖の別の塩基の窒素原子または酸素原子と共有します。

ファンデルワールス相互作用は、2つの分子が互いに接近するときに発生します。

これらの非特異的引力は、分子全体の電子の急速な移動によって生成される一時的な双極子に起因します。しかし、分子が近づきすぎると、静電反発力がファンデルワールス相互作用を覆します。

最後に、疎水性相互作用は、水分子からの反発による疎水性基の強制的な結合です。

水溶液環境では、脂質分子の疎水性部分は、水分子間の水素結合を容易に破壊することはできません。

水分子間の相互作用は、水と脂質分子の間の相互作用よりも強いです。そのため、脂質の疎水性部分が結合し、脂質が凝集します。