生物大分子的化學
離子(靜電)相互作用(ionic interaction)
把一塊正極磁鐵和一塊負極磁鐵靠近,它們會「啪」地吸在一起;把其中一塊掉個頭,它們就互相推開。分子中帶電的部分也是這般行事。離子相互作用不過就是一個完整的正電荷與一個完整的負電荷之間的吸引——異性電荷越過一道縫相互拉攏。
生物分子上的某些基團,在細胞的 pH 下帶著整數電荷:去質子化的羧基帶負電(它失去了一個 H+),質子化的胺基帶正電(它得到了一個)。當一個正電基團和一個負電基團靠在一起時,它們通過單純的靜電力相吸,當它形成於蛋白質內部或之間時,有時被稱作鹽橋。這種吸引比氫鍵強,作用距離也更遠,但在充滿水的細胞裡它被大大削弱了:周圍的水分子和溶解的鹽離子擠上來屏蔽這些電荷,使得拉力遠比在乾燥空氣中要弱。當然,同號電荷會相斥。
凡是電荷遇上電荷的地方,就有離子相互作用。它們幫助維繫一個摺疊好的蛋白質、把帶正電的蛋白質夾到帶負電的 DNA 骨架上(這骨架布滿了帶負電的磷酸基團),也讓帶電的藥物嵌入它們的靶點。由於水和鹽對它們有屏蔽作用,它們的強度取決於鹽濃度——這正是生物學家為何要調節緩衝液裡的鹽,來微調分子黏得有多緊。加進足夠多的鹽,你就能把一個蛋白質從它所抓的 DNA 上撬開。
組蛋白富含帶正電的胺基酸,因而通過離子相互作用緊貼在 DNA 帶負電的磷酸骨架上——這種握持可以在實驗室裡用高鹽沖洗、靠屏蔽電荷而被鬆開。
異性電荷相吸——但水和鹽會削弱這份拉力。
在乾燥條件下,離子相互作用可以非常強,但在含鹽、充滿水的細胞內部,它比教科書描繪的要弱得多,因為周圍的水和離子屏蔽了電荷。因此它的強度可以靠鹽來調節——並不是一個固定的量。
又稱
另見