تعرف جزيئي

يلعب التعرف الجزيئي دورا مهما في الأنظمة البيولوجية ويُلاحظ بين المستقبِل-الربيطة،^[2][3] مولد الضد-الجسم المضاد، الدنا-البروتين، السكر-الليكتين، الرنا-الريبوسوم ..إلخ. من الأمثلة المهمة على التعرف الجزيئي المضاد الحيوي فانكوميسين الذي يرتبط اختياريا مع البيدبتيدات التي تحوي النهاية D-alanyl-D-alanine في الخلايا البكتيرية عبر خمس روابط هيدروجينية. الفانكوميسين قاتل للبكتيريا لأنه حين يرتبط بهذه البيبتيدات المحددة تُصبح غير قابلة للاستخدام في بناء الجدار الخلوي للبكتيريا.

تقترح بعض الأبحاث الحديثة أن عناصر التعرف الجزيئي يمكن إنتاجها بأبعاد النانو،^[10] متحايلةً على الحاجة إلى وجود عناصر تعرف جزيئي طبيعية لتطوير أدوات استشعار للجزيئات الصغيرة. يمكن أن تُستخدم بوليميرات المحاكاة الحيوية مثل البيبتويدات في التعرف على أهداف بيولوجية أكبر مثل البروتينات^[11] وتحول البوليميرات إلى مواد نانوية صناعية فلورية يمكن أن يولد هياكل صناعية ميكروية تعمل كأجسام مضادة لتعرفٍ بصريٍّ وكشف للبروتين.^[12]

أظهر علماء الكيمياء أن أنظمة الجزيئات الضخمة الصناعية يمكن أن تُصمَّمَ لإظهار تعرف جزيئي. أحد الأمثلة الأولى على مثل هذه الأنظمة هي الإيثرات التاجية التي يمكنها الارتباط اختياريا بالكايتونات، ومنذ ذلك الوقت تم إنشاء العديد من الأنظمة الصناعية.

يمكن تقسيم التعرف الجزيئي إلى تعرف جزيئي ساكن وتعرف جزيئي حركي. يرتبط التعرف الجزيئي الساكن بالتآثرات بين المفتاح وثقب المفتاح وهو تعقيد تفاعلي من النوع 1:1 بين جزيء مضيف وجزيء ضيف لتشكيل مركب ضيف-مضيف. لتحقيق تعرف جزيئي ساكن متقدم، من الضروري إنشاء مواقع تعرف مخصصة لجزيئات ضيفة.

في حالة التعرف الجزيئي الحركي؛ ارتباط أول ضيف بأول موقع ارتباط للمضيف يؤثر على ثابت ارتباط الضيف الثاني بموقع الارتباط الثاني.^[13] في حالة الأنظمة التفارغية الإيجابية ارتباط أول ضيف يزيد من ثابت ارتباط الضيف الثاني، بينما في الأنظمة التفارغية السلبية ارتباط الضيف الأول يقلل من ثابت ارتباط الضيف الثاني. الطبيعة الحركية لهذا النوع من التعرف الجزيئي مهمة بشكل خاص لأنها توفر آلية لتنظيم ترابط الأنظمة البيولوجية. يمكن أن يحسن التعرف الجزيئي الديناميكي قابلية التمييز بين الأهداف المتعدد المتنافسة عبر آلية تعرف وتدقيق بنيوية، وتتم دراسته كذلك من أجل تطبيقه لإنشاء مستشعرات كيميائية عالية الحساسية وأجهزة جزيئية.

تصف دراسة حديثة مبنية على محاكاة جزيئية وثوابت المطاوعة التعرفَ الجزيئيَّ على أنه ظاهرة تنظيم. حتى بالنسبة لجزيئات صغيرة مثل السكريات، لايمكن التنبؤ بعملية التعرف أو تصميمها حتى بافتراض معرفة قوة كل رابطة هيدروجينية تماما.^[14] استخلص موبلي وزملاؤه ^[15] أن دقة التنبؤ بأحداث التعرف الجزيئي تحتاج معرفة تتجاوز الصورة العامة للترابط بين الضيف والمضيف. الإنتروبيات هي مساهمات مفتاحية في الترابط الديناميكي الحراري ويجب أخذها بالاعتبار في سبيل تنبؤٍ أكثر دقة لعملية التعرف. الأنتروبيات غير مرئية في البنيات أحادية الرابطة.