nonkovalente

Le interazioni non covalenti, o legami non covalenti, sono forze intermolecolari che contribuiscono alla struttura, all’assemblaggio e alla dinamica delle molecole senza la formazione di legami covalenti permanenti. Pur essendo generalmente più deboli dei legami covalenti, esse possono sommarsi o agire in cooperazione per fornire stabilità, specificità e reversibilità a sistemi biologici e chimici. Le principali tipologie includono i legami idrogeno, le interazioni elettrostatiche tra cariche opposte, le forze di van der Waals (dipolo-dipolo e dispersione) e le interazioni idrofobe. I legami idrogeno si instaurano quando un atomo di idrogeno legato a un atomo elettronegativo attrae un secondo atomo elettronegativo dotato di una coppia di elettroni non condivisa. Le interazioni ioniche derivano dall’attrazione tra cariche opposte, spesso modulate dal solvente. Le forze di van der Waals emergono da fluttuazioni di dipolo e si manifestano tra superfici molecolari vicine. Le interazioni idrofobe si basano sull’esclusione dell’acqua da regioni non polari, favorendo l’aggregazione di segmenti apolari.

Le energie di legame per singolo contatto tipicamente vanno da circa 1 a 30 kJ/mol, con valori maggiori quando numerosi contatti si sommano. In solventi polari, l’efficacia di tali interazioni è spesso ridotta, ma la cooperatività tra contatti può fornire stabilità significativa. Le interazioni non covalenti sono dinamiche e reversibili, permettendo cambiamenti conformazionali rapidi.

Ruolo fondamentale nelle biomolecole: determinano la struttura delle proteine, la stabilità di DNA e RNA, il riconoscimento tra enzimi, substrati e ligandi, e l’assemblaggio di complessi macromolecolari. Esempi includono i legami idrogeno nella doppia elica del DNA, le interazioni proteina-proteina e le interazioni lipide-proteina nelle membrane. In chimica e nanotecnologia guidano cristallizzazione, autoassemblaggio e riconoscimento molecolare. Metodi di studio comuni includono calorimetria a isoterma, spettroscopia, diffrazione e simulazioni computazionali.