Chimie

Caractéristiques biochimiques des systèmes chimiques importants

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Interactions hydrophobes

Interaction hydrophobe
Les interactions hydrophobes sont basées sur la réduction des zones de contact entre l'eau et les interfaces lipophiles. Ils résultent d'une proximité spatiale étroite entre des molécules non polaires ou des chaînes latérales de molécules dans des systèmes aqueux. Des exemples typiques de tels résidus moléculaires sont des hydrocarbures aliphatiques ou aromatiques, des esters d'acides gras, des substituants halogènes, des hétérocycles non polaires, des terpènes ou des stéroïdes. Contrairement aux ponts hydrogène, les interactions hydrophobes sont non directionnelles.
Cette interaction n'est pas basée sur l'attraction de Van der Waals entre les résidus hydrophobes eux-mêmes, mais résulte plutôt du déplacement de molécules d'eau de la zone entre deux interfaces lipophiles, ce qui entraîne un gain d'entropie pour le système.

Dans l'eau, les molécules d'eau sont disposées aux interfaces hydrophobes de manière à ce que tous les ponts hydrogène soient éloignés de la zone hydrophobe. L'alignement des molécules d'eau réduit leur mobilité et la structure de cluster libre de l'eau s'effondre ici. Lorsque les résidus d'hydrocarbures non polaires se rapprochent, les molécules d'eau sont transférées vers le solvant libre aux interfaces hydrophobes. Puisqu'ils peuvent désormais s'aligner librement, le nombre de ponts hydrogène augmente également.

Cette plus grande mobilité des molécules d'eau signifie une augmentation de l'entropie, qui à son tour selon l'équation de Gibbs-Helmholtz : ??g = ??H- T??S. avec ??H = Enthalpie et ??S. = Différence d'entropie, pour diminuer l'énergie de Gibbs ??g pistes. Pour cette raison, l'interaction hydrophobe est également appelée effet d'entropie.

Importance dans les systèmes biologiques

Les phospholipides, les glycolipides, le cholestérol et les esters d'acides gras du cholestérol sont les composants les plus importants de la membrane amphiphile, qui se composent d'un résidu hydrophobe (lipophile) et d'un résidu hydrophile. Si les phospho- et glycolipides sont dispersés dans l'eau, en fonction de la géométrie des chaînes lipidiques, il se produit une accumulation spontanée de bicouches lipidiques ordonnées pour former des membranes ou des liposomes ou des micelles avec une seule couche lipidique. Le moteur de la formation des agrégats lipidiques est donc presque exclusivement l'effet hydrophobe.

Dans les illustrations, les résidus d'acides gras hydrophobes sont colorés en vert et les extrémités hydrophiles sont colorées en bleu. Les représentations de l'APB sont tirées de http://moose.bio.ucalgary.ca

Lorsqu'un ligand ou un substrat est lié au centre actif, cet effet contribue également de manière décisive à l'affinité de liaison dans le cas de grands groupements lipophiles. Cette contribution augmente proportionnellement à la surface du résidu moléculaire non polaire.

De plus, cette interaction est importante dans la stabilisation des conformations peptidiques avec des chaînes latérales aliphatiques ou aromatiques et est également importante dans le repliement des protéines. Un effondrement hydrophobe (un assemblage rapide de chaînes latérales hydrophobes à l'intérieur de la protéine) conduit à la formation de structures secondaires.


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