L10 · 22 دقيقة
ΔG الارتباط
ΔH − TΔS وما الذي يُقاس فعلاً.
أهداف التعلّم
- تعريف ΔG الارتباط كفرق بين حالتين مع معيار قياسي، لا كدرجة هيئة.
- ربط ΔG = ΔH − TΔS و ΔG = −RT ln K بما يُقاس وما لا يُقاس حاسوبياً بسهولة.
ΔG بين ماذا وماذا؟
طاقة الارتباط الحرة هي فرق غيبس بين معقد بروتين–ليجند في المذيب وحالة منفصلة (بروتين فارغ + ليغند مُذاب) عند T وP معيّنين، بعد تعريف تركيز معياري. ليست طاقة كمون لهيئة واحدة، وليست درجة docking، وليست متوسط MM/PBSA دون حالة unbound إن أُسيء بناء الدورة. الإشارة السالبة المواتية تعني أن المعقد مُفضَّل ثرموديناميكياً عند ذلك المعيار. المقدار يُترجم إلى K عبر −RT ln K. كل طريقة حاسوبية تختار مساراً بين الحالتين: مسار كيميائي تخيلي (FEP/TI)، أو مسار فيزيائي على إحداثية (umbrella)، أو تقدير نهاية إلى نهاية بمعادلات تقريبية (MM/PBSA). جودة الطريقة جودة المسار والفيزياء لا جودة الاسم.
تجزئة غيبس
الارتباط المواتي قد يأتي من إنثالبي (تفاعلات) أو إنتروبي (ماء، حرية هيئات) أو من كليهما بتعويض.
- \Delta Hتغيّر الإنثالبي للارتباط · kcal mol⁻¹
- \Delta Sتغيّر الإنتروبي · kcal mol⁻¹ K⁻¹
- Tدرجة الحرارة · K
ITC يقيس ΔH ويقارب ΔS من ΔG. الحاسوب يرى أجزاء من ΔH (MM) بصعوبة أقل من ΔS. إهمال TΔS أو تقديره بـ n_rotors يُحرّك الرقم بعدة kcal/mol — أي عشرات الأضعاف في K.
تطبيق في التصميم الدوائي: عندما تختلف طريقتان بـ 5 kcal/mol، اسأل أي جزء من ΔH أو ΔS أُسقط قبل أن تسأل أي برنامج «أفضل».
من الاتزان إلى غيبس
K ثابت اتزان عديم الوحدة بعد اختزال المعيار؛ لارتباط 1:1 يرتبط بـ 1/Kd.
- Rثابت الغازات · kcal mol⁻¹ K⁻¹
- Tدرجة الحرارة المطلقة · K
- Kثابت الاتزان المعياري
الحاسوب إن أخرج ΔG° مطلقاً بدقة 1 kcal/mol فقد رتّب Kd ضمن نحو عشرة أضعاف. معظم الطرق الرخيصة أخشن من ذلك على كيمياء متنوعة. ΔΔG بين متشابهين أسهل من ΔG المطلق.
تطبيق في التصميم الدوائي: ترجم هدف التصميم إلى ΔΔG: عشرة أضعاف في القوة ≈ 1.4 kcal/mol عند 298 K — هذا مقياس صدق الطريقة.
لماذا؟ — لماذا ΔΔG بين مشتقين أصدق عادةً من ΔG المطلق لكل منهما؟
لأن أخطاء مشتركة (نموذج الماء، شحنات البروتين، المعيار القياسي، جزء كبير من الإذابة) تنقص في الفرق إن كانت الكيمياء متقاربة والهيئات متشابهة. إن تغيّر هيكل الربط أو الشحنة الصافية، فقدت الإلغاء. FEP النسبي يعيش على هذه الفكرة؛ مقارنة MM/PBSA لسلسلتين بعيدتين لا.
ماذا لو؟ — ماذا لو حسبت ΔG من هيئة docking عبر «الدرجة = ΔG» ثم قارنتها بـ ITC؟
أنت تقارن كمية بلا حالة unbound وبلا ensemble بكمية اتزان تجريبية. الاتفاق صدفة أو انحياز حجم. الاختلاف لا يُعلّمك أي حد فيزيائي أُسقط لأن كل الحدود أُسقطت دفعة واحدة. استخدم طريقة لها دورة ترموديناميكية إن أردت الحوار مع ITC.
تمرين
مركّبان: Kd = 10 nM و 100 nM عند 298 K. ما ΔΔG المتوقع؟ هل فرق docking 0.4 kcal/mol يدعم أيهما أقوى؟
مواضيع مرتبطة