Back to chapter

2.9:

Biyomoleküllerdeki Non-Kovalent Çekimler

JoVE Core
Molecular Biology
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Molecular Biology
Noncovalent Attractions in Biomolecules

Languages

Share

Birbiriyle etkileşen atomlar arasında elektron çiftleri paylaşıldığında kovalent bağlar oluşur. Bu güçlü bağların kopması için büyük miktarda enerji gerekir. Kovalent bağlar, atomları moleküllere bağlayan molekül içi kuvvetlerdir;moleküller arası ve kovalent olmayan çekimler ise, moleküller arasındaki veya büyük bir molekülün farklı bölümlerindeki atom gruplarını stabilize eder Bireysel olarak zayıf olsalar da, çok sayıda kovalent olmayan etkileşim, molekülleri uzun süre bir arada tutabilir.Biyolojik sistemlerde dört ana tip kovalent olmayan çekim vardır:iyonik etkileşimler, hidrojen bağları, Van der Waals kuvvetleri ve hidrofobik etkileşimler. İyonik etkileşimler, zıt yüklü iyonlar arasında oluşur. DNA omurgasında birbirine yakın birçok negatif yüklü fosfat grubu bulunur.Molekülü stabilize etmek için magnezyum gibi katyonlar, fosfat grupları ile etkileşime girerek DNA üzerindeki net yükü nötralize eder Oksijen veya nitrojen gibi yüksek oranda elektronegatif bir atoma kovalent olarak bağlanmış bir hidrojen atomu, başka bir elektronegatif atom üzerindeki yalnız elektron çifti ile etkileşime girdiğinde, bir hidrojen bağı oluşur. DNA’da tamamlayıcı zincirler, hidrojen bağları ile birbiriyle eşleştirilir. Bir zincirden bir baz, kovalent olarak bağlanmış hidrojenlerini, karşı zincirdeki başka bir bazdaki nitrojen veya oksijen atomlarıyla paylaşır.Van der Waals etkileşimleri, iki molekül birbirine yaklaştığında meydana gelir. Bu spesifik olmayan çekim kuvvetleri, molekül boyunca elektronların hızlı hareketiyle üretilen geçici dipollerden kaynaklanır. Bununla birlikte, moleküller birbirine çok yaklaştığında, elektrostatik itme, Van der Waals etkileşimlerini tersine çevirir.Son olarak, hidrofobik etkileşimler, su moleküllerinin itmesine bağlı olarak hidrofobik grupların zorunlu bir birleşimidir. Sulu bir ortamda, lipit moleküllerinin hidrofobik kısımları, su molekülleri arasındaki hidrojen bağını kolayca bozamaz. Su molekülleri arasındaki etkileşim, su ve lipit molekülleri arasındaki etkileşimden daha güçlüdür.Bu nedenle lipitlerin hidrofobik kısımları birleşerek lipitlerin bir araya toplanmasına neden olur.

2.9:

Biyomoleküllerdeki Non-Kovalent Çekimler

Kovalent olmayan etkileşimler, komplekslerin şeklini ve yapısal stabilitesini etkileyen moleküller içindeki ve arasındaki ilişkilerdir. Bu etkileşimler, elektron paylaşımını içermediğinden kovalent bağdan farklıdır.

Dört tür kovalent olmayan etkileşim, hidrojen bağları, van der Waals kuvvetleri, iyonik bağlar ve hidrofobik etkileşimlerdir.

Hidrojen bağı, başka bir elektronegatif atom tarafından oksijen, nitrojen veya flor gibi güçlü elektronegatif bir atoma kovalent olarak bağlanmış bir hidrojen atomunun elektrostatik çekiminden kaynaklanır. Hidrojen atomu, bağlı olduğu elektronegatif atom yanına elektron bulutunu çekerken kısmi bir pozitif yük geliştirir. Sonuç olarak, hidrojenin δ+ yükü ile komşu elektronegatif atom üzerindeki δ yükü arasında zayıf bir etkileşim meydana gelir. Bu tür etkileşim, su molekülleri arasında düzenli olarak oluşur. Bağımsız hidrojen bağları kolayca kırılır; bununla birlikte, su ve organik polimerlerde çok sayıda oluşurlar ve kombinasyon halinde önemli bir kuvvet yaratırlar.

Van der Waals adı verilen ikinci bir etkileşim türü, birbirine yakın olan iki veya daha fazla atomun (veya molekülün) elektron açısından zengin ve elektron açısından fakir bölgeleri arasındaki geçici çekimler tarafından yönlendirilir. Bu etkileşimler, işlevleri için gerekli olan proteinlerin üç boyutlu yapılarına katkıda bulunabilir.

Başka bir etkileşim türü, zıt yüklü iyonlar arasında meydana gelen iyonik bağdır. Biyolojik sistemlerde, zıt yüklü iyonlardan kaynaklanan iyonik etkileşimler de biyomoleküllerin yapısının stabilize edilmesine yardımcı olabilir. Magnezyum gibi metal iyonları, DNA gibi negatif yüklü biyomoleküllerle etkileşime girer. Magnezyum iyonu negatif fosfat gruplarına bağlanır, böylece yükü nötralize eder ve uzun DNA polimerinin solenoid veya toroid yapılara paketlenmesine yardımcı olur.

Son olarak, hidrofobik etki, sulu bir ortamda su ile teması en aza indirmek için hidrofobik moleküllerin toplandığı kovalent olmayan bir etkileşimdir. Sonuç olarak, bir polipeptidin hidrofobik bölgeleri, protein katlanması sırasında yapı içinde gömülü hale gelir.

Suggested Reading

  1. Frieden, Earl. "Non-covalent interactions: key to biological flexibility and specificity." Journal of chemical education 52, no. 12 (1975): 754.
  2. Camilloni, Carlo, Daniela Bonetti, Angela Morrone, Rajanish Giri, Christopher M. Dobson, Maurizio Brunori, Stefano Gianni, and Michele Vendruscolo. "Towards a structural biology of the hydrophobic effect in protein folding." Scientific reports 6, no. 1 (2016): 1-9.
  3. Weiss, Manfred S., Maria Brandl, Jürgen Sühnel, Debnath Pal, and Rolf Hilgenfeld. "More hydrogen bonds for the (structural) biologist." Trends in biochemical sciences 26, no. 9 (2001): 521-523.