分子识别

术语分子识别是指两个或多个分子之间通过非共价键的特定相互作用，例如氢键、金属配位、疏水力、范德华力、π-π相互作用、卤素键或共振相互作用效应。除了这些直接相互作用之外，溶剂还可以在驱动溶液中的分子识别方面发挥主要的间接作用。参与分子识别的主客体表现出分子互补性。例外是分子容器，包括例如纳米管，其中入口基本上控制选择性。

分子识别在生物系统中起着重要作用，在受体-配体、抗原-抗体、DNA-蛋白质、糖-凝集素、RNA-核糖体等之间观察到。分子识别的一个重要例子是抗生素万古霉素，它可以选择性地结合通过五个氢键在细菌细胞中具有末端D-丙氨酰-D-丙氨酸的肽。万古霉素对细菌是致命的，因为一旦它与这些特定的肽结合，它们就不能用于构建细菌的细胞壁。

最近的工作表明，分子识别元件可以在纳米尺度上合成生产，从而避免了开发小分子传感工具对天然分子识别元件的需求。仿生聚合物（例如分子印迹聚合物和拟肽）可用于识别较大的生物靶标（例如蛋白质），聚合物与合成荧光纳米材料的结合可以生成合成大分子结构，用作光学蛋白质识别和检测的合成抗体。

化学家已经证明，可以设计出许多表现出分子识别的人工超分子系统。这种系统最早的例子之一是能够选择性结合特定阳离子的冠醚。然而，此后已经建立了许多人工系统。

分子识别又可细分为静态分子识别和动态分子识别。静态分子识别比作钥匙和钥匙孔之间的相互作用；它是主体分子和客体分子之间的1:1型络合反应，形成主客体复合物。为了实现先进的静态分子识别，有必要制作客体分子特异性的识别位点。在动态分子识别的情况下，xxx个客体与宿主的xxx个结合位点的结合会影响第二个客体与第二个结合位点的缔合常数。导致绑定的协同性。在正变构系统的情况下，xxx个客体的结合增加了第二个客体的缔合常数。而对于负变构系统，xxx个客体的结合降低了与第二个客体的关联常数。这种类型的分子识别的动态特性特别重要，因为它提供了一种调节生物系统结合的机制。动态分子识别可以通过构象校对机制增强区分几个竞争目标的能力。动态分子识别也正在研究用于高功能化学传感器和分子设备。

最近一项基于分子模拟和顺应常数的研究将分子识别描述为一种组织现象。即使对于像碳水化合物这样的小分子，即使假设每个单独的氢键的强度都是已知的，也无法预测或设计识别过程。然而，作为Mobley等人。结论是，分子识别事件的准确预测需要超越客主之间单帧的静态快照。熵是结合热力学的关键贡献者，需要加以考虑，以便更准确地预测识别过程。在单一绑定结构（静态快照）中很少观察到熵。

Jehle指出，当浸入液体中并与其他分子混合时，电荷波动力有利于相同分子作为最近邻的结合。根据这一原理，一个基因编码的多肽的多个拷贝往往相互进行分子识别，形成有序的多多肽蛋白质结构。当这样的蛋白质由特定基因的两个不同突变等位基因产生的多肽形成时，由多肽混合物组成的蛋白质可能表现出比由每个突变体单独形成的多多肽蛋白质更大的功能活性。在这种情况下，这种现象被称为基因内互补。基因内互补（也称为等位基因间互补）已在多种生物的许多不同基因中得到证实。Crick和Orgel分析了这些研究的结果并得出结论，一般来说，基因内互补源于不同缺陷的多肽单体在形成有序聚集体时的相互作用，它们被称为“多聚体”。