الارتباط الجزيئي

الترابط الجزيئي هو تفاعل تجاذبي بين جزيئين ينتج عنه ارتباط مستقر حيث يكون الجزيئان متقاربين للغاية. ويتشكل هذا الترابط عندما ترتبط الذرات أو الجزيئات معًا من خلال مشاركة الإلكترونات. وغالبًا ما يتضمن، ولكن ليس دائمًا، بعض الروابط الكيميائية .

في بعض الحالات، قد تكون الروابط قوية للغاية؛ فعلى سبيل المثال، يمتلك بروتين الستربتافيدين وفيتامين البيوتين ثابت تفكك (يعكس نسبة البيوتين المرتبط إلى البيوتين الحر) في حدود 10⁻¹⁴ ^، ولذا فإن التفاعلات غير قابلة للانعكاس عمليًا. ينتج عن الارتباط الجزيئي أحيانًا تكوين مركب جزيئي تكون فيه قوى التجاذب التي تربط المكونات معًا غير تساهمية في الغالب ، وبالتالي تكون أضعف طاقيًا من الروابط التساهمية .

يحدث الارتباط الجزيئي في المركبات البيولوجية (على سبيل المثال، بين أزواج أو مجموعات من البروتينات، أو بين بروتين وجزيء صغير يرتبط به) وكذلك في الأنظمة الكيميائية غير البيولوجية، على سبيل المثال كما هو الحال في بوليمرات التنسيق وشبكات التنسيق مثل الأطر المعدنية العضوية .

يمكن تصنيف الارتباط الجزيئي إلى الأنواع التالية: ^{[ 1 ]}

• غير تساهمي – لا تتشكل روابط كيميائية بين الجزيئين المتفاعلين، وبالتالي فإن الارتباط قابل للانعكاس تمامًا
• الرابطة التساهمية العكسية - تتشكل رابطة كيميائية، إلا أن فرق الطاقة الحرة الذي يفصل المتفاعلات غير المرتبطة تساهميًا عن الناتج المرتبط يكون قريبًا من حالة التوازن ، وحاجز التنشيط منخفض نسبيًا بحيث يحدث التفاعل العكسي الذي يكسر الرابطة الكيميائية بسهولة.
• الرابطة التساهمية غير القابلة للانعكاس - تتكون رابطة كيميائية يكون فيها الناتج أكثر استقرارًا من الناحية الديناميكية الحرارية من المواد المتفاعلة بحيث لا يحدث التفاعل العكسي.

تُسمى الجزيئات المرتبطة أحيانًا "مركبًا جزيئيًا"، ويشير هذا المصطلح عمومًا إلى الروابط غير التساهمية . ^{[ 2 ]} يمكن أن تصبح التفاعلات غير التساهمية غير قابلة للانعكاس؛ فعلى سبيل المثال، قد تمتلك مثبطات الإنزيمات ذات الارتباط القوي حركيةً تُشابه إلى حد كبير حركية المثبطات التساهمية غير القابلة للانعكاس. ومن بين أقوى مركبات البروتين-بروتين المعروفة ، تلك الموجودة بين إنزيم أنجيوجينين ومثبط الريبونيوكلياز ؛ حيث يبلغ ثابت التفكك للبروتينات البشرية 5 × 10⁻¹⁶ مول/لتر. ^{[ 3 ] [ 4 ]} ومن الأمثلة البيولوجية الأخرى بروتين الربط ستربتأفيدين ، الذي يتمتع بألفة عالية للغاية للبيوتين (فيتامين B7/H، ^ثابت التفكك ، Kd _≈ 10⁻¹⁴ ^مول /لتر). ^{[ 5 ]} في مثل هذه الحالات، إذا تغيرت ظروف التفاعل (مثل انتقال البروتين إلى بيئة ذات تركيزات منخفضة جدًا من البيوتين، أو تغير الرقم الهيدروجيني أو الظروف الأيونية)، فقد يحدث التفاعل العكسي. على سبيل المثال، يمكن كسر تفاعل البيوتين-ستربتافيدين عن طريق حضانة المركب في الماء عند 70 درجة مئوية، دون إتلاف أي من الجزيئين. ^{[ 6 ]} ومن الأمثلة على تغير التركيز الموضعي الذي يُسبب التفكك تأثير بور ، الذي يصف تفكك الروابط من الهيموجلوبين في الرئة مقارنةً بالأنسجة الطرفية. ^{[ 5 ]} 

تؤدي بعض التفاعلات بين البروتينات إلى روابط تساهمية ، ^{[ 7 ]} وبعض الأدوية عبارة عن مضادات غير قابلة للانعكاس ، وقد ترتبط أو لا ترتبط بروابط تساهمية. ^{[ 8 ]} وقد مرّ اكتشاف الأدوية بفتراتٍ كانت فيها الأدوية المرشحة التي ترتبط تساهميًا بأهدافها جذابة، ثم يتم تجنبها؛ وقد جعل نجاح بورتيزوميب الأدوية المرشحة القائمة على البورون والتي ترتبط تساهميًا أكثر جاذبية في أواخر العقد الأول من القرن الحادي والعشرين. ^{[ 9 ] [ 10 ]}

لكي يكون المركب مستقرًا، يجب أن تكون طاقته الحرة، بحكم التعريف، أقل من طاقة جزيئات المذيب المنفصلة. قد يكون الارتباط مدفوعًا بشكل أساسي بالإنتروبيا (تحرر جزيئات المذيب المنظمة حول الجزيء المعزول، مما يؤدي إلى زيادة صافية في إنتروبيا النظام). عندما يكون المذيب هو الماء، يُعرف هذا بالتأثير الكاره للماء . بدلاً من ذلك، قد يكون الارتباط مدفوعًا بالإنثالبي، حيث تكون قوى التجاذب غير التساهمية، مثل التجاذب الكهروستاتيكي والروابط الهيدروجينية وقوى فان دير فالس / لندن ، هي المسؤولة بشكل أساسي عن تكوين مركب مستقر. ^{[ 11 ]} تميل المركبات التي يكون فيها مساهمة إنتروبيا قوية في التكوين إلى أن يكون لها مساهمات إنثالبي ضعيفة. على العكس من ذلك، تميل المركبات التي يكون فيها مكون إنثالبي قوي إلى أن يكون لها مكون إنتروبي ضعيف. تُعرف هذه الظاهرة بتعويض الإنثالبي-الإنتروبيا . ^{[ 12 ]}

يتم قياس قوة الارتباط بين مكونات المركب الجزيئي كمياً بواسطة ثابت الارتباط (K _A )، والذي يُعرف بأنه نسبة تركيز المركب مقسوماً على حاصل ضرب تركيزات المكونات المعزولة عند التوازن بوحدات مولية:

${\displaystyle A+B\rightleftharpoons AB:\log K_{A}=\log \left({\frac {[AB]}{[A][B]}}\right)=-pK_{A}}$

عندما يمنع المركب الجزيئي الأداء الطبيعي للإنزيم ، يُشار إلى ثابت الارتباط أيضًا باسم ثابت التثبيط (KI ₎ .

تشمل الجزيئات التي يمكنها المشاركة في الارتباط الجزيئي البروتينات ، والأحماض النووية ، والكربوهيدرات ، والدهون ، والجزيئات العضوية الصغيرة مثل الأدوية . ومن ثم، تشمل أنواع المركبات التي تتشكل نتيجة الارتباط الجزيئي ما يلي:

• بروتين-بروتين ^{[ 13 ]}
• البروتين - الحمض النووي ^{[ 14 ]}
• البروتين – الهرمون
• البروتين-الدواء ^{[ 15 ]}

غالباً ما يُشار إلى البروتينات التي تشكل مركبات مستقرة مع جزيئات أخرى باسم المستقبلات ، بينما يُطلق على شركاء الارتباط بها اسم الروابط . ^{[ 16 ]}

• المستقبلات (الكيمياء الحيوية)
• الكيمياء فوق الجزيئية