Konformaatioasetelmien

Konformaatioasetelmat ovat molekyylin mahdollisia kolmiulotteisia muotoja, jotka syntyvät yksinkertaisten sidoskierrosten (dihedraalikulmien) kiertämisestä. Ne kuvaavat, miten atomien järjestys ja etäisyydet voivat muuttua ilman kemiallista reagointia. Konformaatioiden muutos tapahtuu usein pienillä energiaesteillä, mikä johtaa dynaamiseen konformaatio-populaatioon, jossa eri asetelmat ovat termisen tasapainon ehdoilla tilastollisesti edustettuina. Konformaatio eroaa pysyvästä isomeerista siten, että konformaatioiden väliset muutokset ovat haluttuja kiertojen vaikutuksesta, kun taas isomerit muodostuvat yleisesti pysyvistä atomien ja substituenttien järjestyksistä.

Energia-maisemassa konformaatioasetelmat koostuvat paikallisista minimeistä ja näitä minimoivia siirtymäväyliä. Matalammat minimit vastaavat vakaita, usein biologisesti relevantteja muotoja, kun taas suuremmat energiaerot määrittelevät konformaatiokeskittymät. Yksittäisen molekyylin populaatio määräytyy Boltzmannin jakauman mukaan: matalammin energiaa omaavat konformaatiot ovat yleisempiä, mutta lämpötilan ja ympäristön vaikutuksesta korkeammin energiaa olevat asetelmat voivat merkittävästi osallistua toimintaan.

Mittaus- ja laskentamenetelmät tukevat konformaatioasetelmien tutkimusta. Eksperimentaalisia tietoja saadaan muun muassa NMR-spektroskopiasta, joka hyödyntää dihedraalikulmien vaikutuksia, NOE-yhteyksiä ja coupling-tiloja, sekä X-ray-kidosta ja cryo-EM:stä staattisina kuvasina. Laskennallisesti konformaatioita tutkitaan molekyylidynamiikalla, MC-simuloinneilla sekä kvantti- ja klassisen mekanikan menetelmillä, usein vapaan energiagrafien ja eksponentiaalisen semiedustuksen kautta tehtyjen vapaan energian laskujen avulla.

Sovelluksissa konformaatioasetelmilla on ratkaiseva rooli lääkeainetutkimuksessa, proteiinien ja ravintoaineiden vuorovaikutuksissa sekä ohjaavissa kokeissa konformaatioistoksissa. Pienetkin konformaatiojoustot voivat vaikuttaa sitoutumiseen, selektiivisyyteen ja biologiseen aktiivisuuteen.