Biophysics · 05.02

一次結合と二次結合

Primary and secondary bonds

🧠 一次結合primary bond一次結合（primary bond）primary bond（一次結合）は強い電子再配置、二次結合secondary bond二次結合（secondary bond）secondary bond（二次結合）は弱い分子間相互作用だが、生体構造では多数の弱い結合が協同して特異性と可逆性を作る。

一次結合と二次結合

共有結合、イオン結合ionic bondイオン結合（ionic bond）ionic bond（イオン結合）、金属結合metallic bond金属結合（metallic bond）metallic bond（金属結合）を一次結合primary bond一次結合（primary bond）primary bond（一次結合）に、水素結合、ファンデルワールス相互作用van der Waals interactionファンデルワールス相互作用（van der Waals interaction）van der Waals interaction（ファンデルワールス相互作用）、双極子相互作用dipole interaction双極子相互作用（dipole interaction）dipole interaction（双極子相互作用）などを二次結合secondary bond二次結合（secondary bond）secondary bond（二次結合）に分類する。

flowchart TD
  A["電子共有・移動で<span class='jp-term jp-term-diagram' title='primary bond'>一次結合</span>"]
  B["分子骨格形成"]
  C["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='secondary bond'>二次結合</span>で<span class='jp-term jp-term-diagram' title='higher order'>高次</span>構造を安定化"]
  A --> B
  B --> C

結合を生む電子相互作用

U_{\mathrm{el}}=\frac{1}{4\pi\varepsilon}\frac{q_1q_2}{r}

水中では大きな誘電率permittivity誘電率（permittivity）permittivity（誘電率）とイオンによる遮蔽shield遮蔽（shield）shield（遮蔽）により、静電相互作用electrostatic interaction静電相互作用（electrostatic interaction）electrostatic interaction（静電相互作用）が弱められる。

生体構造での役割

ポテンシャル曲線の極小位置と深さは、一次結合primary bond一次結合（primary bond）primary bond（一次結合）・二次結合secondary bond二次結合（secondary bond）secondary bond（二次結合）の平衡距離equilibrium distance平衡距離（equilibrium distance）equilibrium distance（平衡距離）と結合エネルギーの違いとして現れる。電気陰性度electronegativity電気陰性度（electronegativity）electronegativity（電気陰性度）差は一次結合primary bond一次結合（primary bond）primary bond（一次結合）の極性を予測する。

共有結合は方向性が強い。
水素結合は供与体donor供与体（donor）donor（供与体）と受容体の配置に依存する。
ファンデルワールスvan der Waalsファンデルワールス（van der Waals）van der Waals（ファンデルワールス）は短距離で弱いが接触面が広いと重要。

医学・測定への応用

DNA塩基対base pairing塩基対（base pairing）base pairing（塩基対）形成、タンパク質フォールディングprotein foldingタンパク質フォールディング（protein folding）protein folding（タンパク質フォールディング）、受容体―リガンド認識（receptor–ligand recognition）は弱い結合の集合で成立する。

まとめ

一次結合primary bond一次結合（primary bond）primary bond（一次結合）は強い電子再配置、二次結合secondary bond二次結合（secondary bond）secondary bond（二次結合）は弱い分子間相互作用だが、生体構造では多数の弱い結合が協同して特異性と可逆性を作る。
共有結合は方向性が強い。
DNA塩基対base pairing塩基対（base pairing）base pairing（塩基対）形成、タンパク質フォールディングprotein foldingタンパク質フォールディング（protein folding）protein folding（タンパク質フォールディング）、受容体―リガンド認識は弱い結合の集合で成立。