Liaison moléculaire - Molecular binding

La liaison moléculaire est une interaction attractive entre deux molécules qui se traduit par une association stable dans laquelle les molécules sont à proximité l'une de l'autre. Il se forme lorsque des atomes ou des molécules se lient entre eux en partageant des électrons. Cela implique souvent, mais pas toujours, une liaison chimique .

Dans certains cas, les associations peuvent être assez fortes - par exemple, la protéine streptavidine et la vitamine biotine ont une constante de dissociation (reflétant le rapport entre biotine liée et libre) de l'ordre de 10 -14 - et donc les réactions sont effectivement irréversibles . Le résultat de la liaison moléculaire est parfois la formation d'un complexe moléculaire dans lequel les forces d'attraction qui maintiennent les composants ensemble sont généralement non covalentes et sont donc normalement énergétiquement plus faibles que les liaisons covalentes .

La liaison moléculaire se produit dans des complexes biologiques (par exemple, entre des paires ou des ensembles de protéines, ou entre une protéine et un petit ligand moléculaire auquel elle se lie) et également dans des systèmes chimiques abiologiques, par exemple dans le cas des polymères de coordination et des réseaux de coordination tels que métal-organique. cadres .

Les types

La liaison moléculaire peut être classée dans les types suivants :

  • non covalent - aucune liaison chimique n'est formée entre les deux molécules en interaction, l'association est donc entièrement réversible
  • covalent réversible - une liaison chimique est formée, cependant la différence d' énergie libre séparant les réactifs liés de manière non covalente du produit lié est proche de l' équilibre et la barrière d'activation est relativement faible de sorte que la réaction inverse qui clive la liaison chimique se produit facilement
  • covalent irréversible - une liaison chimique est formée dans laquelle le produit est thermodynamiquement beaucoup plus stable que les réactifs de sorte que la réaction inverse n'a pas lieu.

Les molécules liées sont parfois appelées "complexes moléculaires" - le terme fait généralement référence à des associations non covalentes . Les interactions non covalentes peuvent effectivement devenir irréversibles ; par exemple, des inhibiteurs à liaison étroite d' enzymes peuvent avoir une cinétique qui ressemble étroitement à des inhibiteurs covalents irréversibles. Parmi les complexes protéine-protéine connus les plus étroits se trouve celui entre l'enzyme angiogénine et l'inhibiteur de la ribonucléase ; la constante de dissociation pour les protéines humaines est de 5x10 -16 mol/L. Un autre exemple biologique est la protéine de liaison streptavidine , qui a une affinité extraordinairement élevée pour la biotine (vitamine B7/H, constante de dissociation , K d 10 -14 mol/L). Dans de tels cas, si les conditions de réaction changent (par exemple, la protéine se déplace dans un environnement où les concentrations de biotine sont très faibles, ou le pH ou les conditions ioniques sont modifiés), la réaction inverse peut être favorisée. Par exemple, l'interaction biotine-streptavidine peut être rompue en incubant le complexe dans de l'eau à 70 °C, sans endommager l'une ou l'autre molécule. Un exemple de changement de concentration locale provoquant une dissociation peut être trouvé dans l' effet Bohr , qui décrit la dissociation des ligands de l' hémoglobine dans les poumons par rapport aux tissus périphériques.

Certaines interactions protéine-protéine entraînent une liaison covalente et certains produits pharmaceutiques sont des antagonistes irréversibles qui peuvent ou non être liés de manière covalente. La découverte de médicaments a traversé des périodes où les candidats-médicaments qui se lient de manière covalente à leurs cibles sont attrayants et sont ensuite évités ; le succès du bortézomib a rendu les candidats à liaison covalente à base de bore plus attrayants à la fin des années 2000.

Force motrice

Pour que le complexe soit stable, l' énergie libre du complexe par définition doit être inférieure à celle des molécules séparées par le solvant. La liaison peut être principalement entraînée par l' entropie (libération de molécules de solvant ordonnées autour de la molécule isolée qui entraîne une augmentation nette de l'entropie du système). Lorsque le solvant est de l'eau, on parle d' effet hydrophobe . Alternativement, la liaison peut être entraînée par l' enthalpie où les forces d'attraction non covalentes telles que l' attraction électrostatique , la liaison hydrogène et les forces de dispersion de van der Waals / Londres sont principalement responsables de la formation d'un complexe stable. Les complexes qui ont une forte contribution d'entropie à la formation ont tendance à avoir de faibles contributions d'enthalpie. Inversement, les complexes qui ont une forte composante d'enthalpie ont tendance à avoir une faible composante d'entropie. Ce phénomène est connu sous le nom de compensation enthalpie-entropie .

La mesure

La force de liaison entre les composants du complexe moléculaire est mesurée quantitativement par la constante de liaison (K A ), définie comme le rapport de la concentration du complexe divisé par le produit des concentrations des composants isolés à l'équilibre en unités molaires.

Lorsque le complexe moléculaire empêche le fonctionnement normal d'une enzyme , la constante de liaison est également appelée constante d'inhibition (K I ).

Exemples

Les molécules qui peuvent participer à la liaison moléculaire comprennent les protéines , les acides nucléiques , les glucides , les lipides et les petites molécules organiques telles que les médicaments . Par conséquent, les types de complexes qui se forment à la suite de la liaison moléculaire comprennent :

  • protéine–protéine
  • protéine – ADN
  • protéine – hormone
  • protéine–médicament

Les protéines qui forment des complexes stables avec d'autres molécules sont souvent appelées récepteurs tandis que leurs partenaires de liaison sont appelés ligands .

Voir également

Les références