Кіріспе

Ковалентті емес байланыстың түрі

Молекулалық тану термині екі немесе одан көп молекулалардың арасындағы сутекті байланыс, металл координациясы, гидрофобтық күштер, Ван дер Ваальс күштері, π-π өзара әрекеттесулер, галогендік байланыстар немесе резонанстық өзара әрекеттесу эффектілері сияқты ковалентті емес байланыстар арқылы болатын нақты өзара әрекеттесуді білдіреді. Бұл тікелей өзара әрекеттесулерден өзге, еріткіштер ерітіндіде молекулалық тану процесін бақылауда маңызды жанама рөл атқара алады. Молекулалық тануға қатысқан "қонақ" және "үй иесі" молекулалық үйлесімділікті көрсетеді. Алайда, молекулалық контейнерлерге, мысалы, іріктемелілікті порталдар арқылы бақылайтын нанотүтіктерге ерекше жағдайлар бар. Молекулаларды екі немесе одан көп фазаға іріктеп бөлу де молекулалық тануға алып келуі мүмкін. Фазалық бөліске негізделген молекулалық тануда кинетика мен тепе-теңдік шарттары екі фазадағы еріген заттардың болуымен анықталады.

Биологиялық жүйелер

Молекулалық тану биологиялық жүйелерде маңызды рөл атқарады және рецептор-лиганд, антиген-антидене, ДНК-ақуыз, қант-лектин, РНК-рибосома және т.б. арасында кездеседі. Молекулалық танудың маңызды мысалы – бактериялық жасушалардағы D-аланил-D-аланин терминалы бар пептидтермен бес сутекті байланыс арқылы таңдамалы түрде байланысатын ванкомицин антибиотигі. Ванкомицин бактериялар үшін өлімге себеп болады, себебі ол осы нақты пептидтерге байланысқаннан кейін, бактериялардың жасуша қабырғасын құру үшін пайдаланылмайды.

Синтетикалық молекулалық тану

Жақындағы зерттеулер молекулалық тану элементтерін нано деңгейінде синтетикалық түрде жасауға болатынын көрсетеді, бұл кішкентай молекулаларды анықтау құралдарын жасау үшін табиғи молекулалық тану элементтеріне қажеттілікті жояды. Молекулалық қалыптасқан полимерлер және пептоидтар сияқты биомиметикалық полимерлер ақуыздар сияқты ірі биологиялық нысаналарды тану үшін қолданылуы мүмкін, ал полимерлерді синтетикалық люминесцентті наноматериалдармен біріктіру оптикалық ақуыз тану және анықтау үшін синтетикалық антиденелер ретінде қызмет ететін синтетикалық макромолекулалық құрылымдарды құруға мүмкіндік береді.

Молекулалық жүйелер

Химиктер молекулалық тану қабілетіне ие көптеген жасанды супермолекулалық жүйелерді жобалауға болатынын көрсетті. Мұндай жүйелердің ең алғашқы мысалдарының бірі – нақты катиондарды таңдап байланыстыра алатын тәж эфирлері. Бірақ, содан бері көптеген жасанды жүйелер құрылды.

Статикалық және динамикалық

Молекулалық тану статикалық молекулалық тану және динамикалық молекулалық тану деп екіге бөлінеді. Статикалық молекулалық тану кілт пен құлып арасындағы өзара әрекеттесуге ұқсас; бұл хост молекуласы мен қонақ молекуласы арасындағы 1:1 типті кешендеу реакциясы, нәтижесінде хост-қонақ кешені пайда болады. Күрделі статикалық молекулалық тануға қол жеткізу үшін қонақ молекулаларға тән тану орындарын жасау қажет. Динамикалық молекулалық тануда бірінші қонақтың хосттың бірінші байланыс орнына байланысуы екінші қонақтың екінші байланыс орнымен байланысу тұрақтылығына әсер етеді, бұл байланыстың кооперативтігіне алып келеді. Оң аллостериялық жүйелерде бірінші қонақтың байланысуы екінші қонақтың байланысу тұрақтылығын арттырады, ал теріс аллостериялық жүйелерде бірінші қонақтың байланысуы екіншісімен байланысу тұрақтылығын төмендетеді. Молекулалық танудың осы түрінің динамикалық сипаты өте маңызды, себебі ол биологиялық жүйелерде байланысты реттеу механизмін қамтамасыз етеді. Динамикалық молекулалық тану конформациялық түзету механизмі арқылы бірнеше бәсекелес нысаналарды ажырату қабілетін арттыра алады. Сондай-ақ, динамикалық молекулалық тану жоғары функционалды химиялық сенсорлар мен молекулалық құрылғыларда қолдану үшін зерттелуде.

Күрделілігі

Жақында молекулалық симуляциялар мен сәйкестік константаларына негізделген зерттеу молекулалық тануды ұйымдасу құбылысы ретінде сипаттайды. Тіпті көмірсулар сияқты кішкентай молекулалар үшін де, тану процесін болжау немесе жобалау мүмкін емес, тіпті әрбір жеке сутекті байланыстың күші дәл белгілі болған жағдайда да. Дегенмен, Mobley және авторлар тобы қорытындылағандай, молекулалық тану оқиғаларын дәл болжау үшін қонақ пен қабылдаушы арасындағы бір ғана кадрдың статикалық суретінен асып түсу қажет. Энтропиялар байланыс термодинамикасына маңызды үлес қосады және тану процесін дәл болжау үшін оларды ескеру қажет. Энтропиялар бір байланысқан құрылымдарда (статикалық суретте) сирек байқалады. Ақуыздарда жоғары дәлдікке химиялық өзара әрекеттесудің эволюциялық жақсартуы, конформациялық өзгерістер және энтропиялық үлестер арқылы қол жеткізілуі мүмкін.

Интрагендік комплементация

Джель сұйықтыққа батып, басқа молекулалармен араласқанда зарядтың құбылу күштері бірдей молекулалардың ең жақын көршілер ретінде бірігуіне көмектесетінін көрсетті. Осы принципке сәйкес, генмен кодталған полипептидтің көптеген көшірмелері бір-бірін молекулалық деңгейде таниды және реттелген көп полипептидті ақуыз құрылымын құрайды. Егер мұндай ақуыз белгілі бір геннің екі әртүрлі мутантты аллельдерінен түзілген полипептидтерден тұрса, онда полипептидтер қоспасынан құралған ақуыз, әр мутант жеке құраған көп полипептидті ақуызға қарағанда, жоғары функционалдық белсенділікке ие болуы мүмкін. Мұндай жағдайда бұл құбылыс интрагендік комплементация деп аталады. Интрагендік комплементация (сонымен қатар аллель аралық комплементация деп те аталады) көптеген организмдердегі көптеген гендерде дәлелденген. Крик және Оргел мұндай зерттеулердің нәтижелерін талдап, интрагендік комплементацияның, әдетте, олар "мультимер" деп атаған реттелген жиынтық құрған кезде әртүрлі кемшіліктері бар полипептид мономерлерінің өзара әрекеттесуінен туындайды деген қорытындыға келді.