2.4 : Noncovalent Attractions in Biomolecules

非共有結合引力は、複合体の形状と構造安定性に影響を与える分子内および分子間の関連です。これらの相互作用は、電子の共有を伴わないという点で共有結合とは異なります。

非共有結合相互作用には、水素結合、ファンデルワールス力、イオン結合、疎水性相互作用の4種類があります。

水素結合は、酸素、窒素、フッ素などの強い電気陰性原子に別の電気陰性原子によって共有結合された水素原子の静電引力から生じます。水素原子は、結合している電気陰性原子が電子雲を近くに引き寄せると、部分的な正電荷を帯びます。その結果、水素のδ⁺電荷と隣接する電気陰性原子のδ^-電荷との間に弱い相互作用が生じます。このタイプの相互作用は、水分子間で規則的に形成されます。独立した水素結合は簡単に切断されます。ただし、それらは水と有機ポリマーに多数存在し、組み合わせると大きな力を生み出します。

ファンデルワールスと呼ばれる2番目のタイプの相互作用は、互いに近接する2つ以上の原子(または分子)の電子に富む領域と電子に乏しい領域の間の一時的な引力によって駆動されます。これらの相互作用は、その機能に不可欠なタンパク質の三次元構造に寄与する可能性があります。

別のタイプの相互作用は、反対に帯電したイオン間で発生するイオン結合です。生体システムでは、反対に荷電したイオンから生じるイオン性相互作用も、生体分子の構造を安定化するのに役立ちます。マグネシウムなどの金属イオンは、DNAなどの負に帯電した生体分子と相互作用します。マグネシウムイオンは負のリン酸基に結合し、電荷を中和し、長いDNAポリマーをソレノイドまたはトロイド構造に詰め込むのに役立ちます。

最後に、疎水性効果は、疎水性分子が凝集して水性環境の水との接触を最小限に抑える非共有結合相互作用です。その結果、ポリペプチドの疎水性領域は、タンパク質のフォールディング中に構造内に埋もれてしまいます。