[非共有カチオン-π相互作用 - 自然におけるその役割]

非共有相互作用は、生物で非常に重要な役割を果たします。本質的な主な非共有相互作用は、イオンイオン相互作用、双極子型相互作用、水素結合、およびファンデルワールス相互作用です。新しい種類の分子間相互作用（和-π相互作用）は、注目を集めています。これらの相互作用は、陽イオンとπシステムの間で発生します。陽イオンとπ相互作用への主な貢献者は、静電、偏光、そしてそれほどではないが分散相互作用です。最初、陽イオン-π相互作用は、金属陽イオン芳香族系複合体を伴う気相で研究されました。これらの複合体の特性は次のとおりです。陽イオン原子数の増加は、相互作用エネルギーの減少につながり、陽イオン電荷の増加は相互作用エネルギーの増加につながります。芳香族アミノ酸は、主にその主鎖との相互作用を通じて金属陽イオンに結合します。それにもかかわらず、疎水性側鎖との陽イオン-π相互作用は、結合エネルギーを大幅に促進します。水溶液では、ほとんどのカチオンは芳香族系ではなく、水分子と優先的に相互作用します。陽イオン-π相互作用は、極性溶媒へのアクセス性が低い環境で発生します。陽イオン-π相互作用は、タンパク質の二次、三次、四紀構造に安定化する役割を果たすことができます。これらの相互作用は、多くのタンパク質の基質またはリガンド結合部位で重要な役割を果たします。これは、これらのタンパク質の効果的な阻害剤のスクリーニングが実行される場合に考慮する必要があります。陽イオン-π相互作用は豊富であり、多くの生物学的プロセスで重要な役割を果たします。

Non-covalent interactions play an extremely important role in organisms. The main non-covalent interactions in nature are: ion-ion interactions, dipole-dipole interactions, hydrogen bonds, and van der Waals interactions. A new kind of intermolecular interactions--cation-π interactions--is gaining increasing attention. These interactions occur between a cation and a π system. The main contributors to cation-π interactions are electrostatic, polarization and, to a lesser extent, dispersion interactions. At first, cation-π interactions were studied in a gas phase, with metal cation-aromatic system complexes. The characteristics of these complexes are as follows: an increase of cation atomic number leads to a decrease of interaction energy, and an increase of cation charge leads to an increase of interaction energy. Aromatic amino acids bind with metal cations mainly through interactions with their main chain. Nevertheless, cation-π interaction with a hydrophobic side chain significantly enhances binding energy. In water solutions most cations preferentially interact with water molecules rather than aromatic systems. Cation-π interactions occur in environments with lower accessibility to a polar solvent. Cation-π interactions can have a stabilizing role on the secondary, tertiary and quaternary structure of proteins. These interactions play an important role in substrate or ligand binding sites in many proteins, which should be taken into consideration when the screening of effective inhibitors for these proteins is carried out. Cation-π interactions are abundant and play an important role in many biological processes.