Konformacja

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj
Nie mylić z Nie mylić z: konfiguracja.

Konformacja – układ przestrzenny atomów w cząsteczce chemicznej mogący ulegać zmianom poprzez obrót wokół pojedynczych wiązań chemicznych[1], tj. bez ich zrywania.

Zdolność do przyjmowania różnych konformacji przez cząsteczki można sobie wyobrazić na przykładzie zmian kształtu zwykłego metalowego łańcucha. Łańcuch może być np. wyprostowany, zwinięty w kulkę, lub nawet zapętlony bez konieczności zrywania i ponownego łączenia poszczególnych jego ogniw.

Cząsteczki, które mają ten sam układ wiązań i atomów, ale różniące się kształtem, noszą nazwę izomerów konformacyjnych lub konformerów.

7 izomerów konformacyjnych cykloheksanu różniących się energią

Cząsteczki chemiczne zmieniają swój kształt na skutek rotacji wokół wiązań chemicznych tworzących je grup atomów względem innych grup atomów. Rotacja ta jest możliwa tylko wokół wiązań pojedynczych i jest zablokowana w przypadku wiązań wielokrotnych. Może ona być też zablokowana na skutek tzw. zawady sterycznej, czyli tak dużych rozmiarów grup atomów, że nie mogą się one względem siebie obracać, gdyż powodowałoby to nakładanie się na siebie poszczególnych atomów w przestrzeni.


konformacje anti i gauche
Butane-anti-side-3D-balls.png      Butane-eclipsed-side-3D-balls.png      Butane-negative-gauche-side-3D-balls.png
Wybrane konformacje butanu. Od lewej: antikoplanarna (kąt torsyjny C−C−C−C 180°),
synperiplanarna (kąt torsyjny ±30°) i synklinalna (gauche; kąt torsyjny ok. 60°)[2]


Wiele cząsteczek chemicznych (np. dłuższe alkany) ma liczne wiązania, wokół których następuje stale trwająca rotacja grup atomów. Cząsteczki takie ciągle zmieniają swój kształt, choć niektóre kształty mogą być bardziej a inne mniej energetycznie uprzywilejowane. Cząsteczki takie zwykle nie tworzą trwałych izomerów konformacyjnych. Możliwe jest to jednak w bardzo niskich temperaturach, w których ustaje rotacja atomów wokół wiązań.

Niektóre cząsteczki tworzą jednak trwałe izomery konformacyjne, nawet w temperaturze pokojowej. Jest to zwykle spowodowane wcześniej już wspomnianą zawadą steryczną lub sztywnością wiązań w ugrupowaniach cyklicznych występujących w strukturze tych związków. Wybór ściśle określonej konformacji cząsteczek może następować też w trakcie procesu ich krystalizacji. W trakcie tego procesu cząsteczki są niejako "zmuszane" przez inne cząsteczki do przyjęcia określonej konformacji aby "dopasować" się do powstającej sieci krystalicznej. Konformacja ta jest jednak trwała tylko w fazie krystalicznej i po stopieniu kryształu tworzące go cząsteczki ponownie odzyskują możliwość przyjmowania różnych konformacji.

Konformacja ma bardzo duży wpływ na własności fizyczne i biologiczne związków chemicznych. W systemach biologicznych konformacja przyjmowana przez białka i DNA ma decydujący wpływ na ich aktywność biologiczną. Zadaniem wielu enzymów jest np. narzucanie ściśle określonej konformacji łańcuchów DNA w trakcie ich replikowania, a także wymuszanie ściśle określonej konformacji powstających łańcuchów polipeptydowych w trakcie formowania się białek na matrycy RNA. Niewielkie, przypadkowe błędy konformacji DNA i białek prowadzą często do wielu chorób (np. choroba Creutzfeldta-Jakoba).

Przypisy

  1. conformation (ang.) [w:] A.D. McNaught, A. Wilkinson: IUPAC. Compendium of Chemical Terminology („Gold Book”). Wyd. 2. Oksford: Blackwell Scientific Publications, 1997. Wersja internetowa: M. Nic, J. Jirat, B. Kosata: conformation (ang.), aktualizowana przez A. Jenkins. DOI: 10.1351/goldbook.C01258
  2. Kane, Saul, Hersh, William H.. Periplanar or Coplanar?. „Journal of Chemical Education”. 77 (10), s. 1366, 2000. DOI: 10.1021/ed077p1366.