熱活性化の場合、分子は熱の形で周囲の環境からエネルギーを獲得します。このエネルギーは、エネルギー障壁を克服し、運動トラップを逃れるために使用できます。熱活性化の速度は、エネルギー障壁の温度と高さによって決定されます。
量子トンネルは、分子が克服するのに十分なエネルギーを獲得することなくエネルギー障壁を通過できる現象です。分子には波のような性質があるため、これは可能であり、したがって、エネルギーよりもはるかに高い障壁を通り抜けることができます。量子トンネルの速度は、エネルギー障壁の幅と分子の質量によって決定されます。
機械的な力は、運動トラップを克服するためにも使用できます。これは、エネルギー障壁の力よりも大きい分子に力を適用することによって行うことができます。機械的な力による脱出速度は、分子の力と質量の大きさによって決定されます。
速度論的なトラップを逃れる分子の能力は、タンパク質の折りたたみ、RNA折りたたみ、DNA複製など、さまざまな生物学的プロセスにとって重要です。分子が運動トラップを逃れるメカニズムを理解することにより、これらのプロセスがどのように機能し、どのように調節できるかをよりよく理解することができます。
分子相互作用がエネルギー障壁を克服することをどのように可能にするかのいくつかの具体的な例を紹介します。
*タンパク質の折り畳みでは、疎水性効果は、折り畳まれた構造の形成の主要な推進力です。疎水性効果は、非極性分子が水に凝集する傾向です。この傾向は、水分子が極性であるため、水素結合を互いに形成するという事実によって引き起こされます。したがって、非極性分子が水に囲まれている場合、それらは水から除外され、水との接触を最小限に抑えるために凝集します。疎水性効果は、タンパク質の疎水性領域を一緒に持ち込み、安定した折りたたみ構造を形成することにより、タンパク質の折り畳みのエネルギー障壁を克服するのに役立ちます。
* RNA折りたたみでは、水素結合は折り畳まれた構造の形成の主要な推進力です。水素結合は、電気陰性原子と水素原子の間に形成されます。 RNAでは、塩基上の窒素原子と糖リン酸骨格の水素原子の間に水素結合が形成されます。水素結合は、折り畳まれた構造を安定化することにより、RNA折りたたみのエネルギー障壁を克服するのに役立ちます。
* DNA複製では、DNAの相補鎖間の塩基対は、二重らせんの形成の主要な駆動力です。ベースペアリングとは、DNAの1つの鎖の塩基上の窒素原子と、他のDNA鎖の塩基上の水素原子の間の水素結合の形成です。ベースペアリングは、二重らせんを安定化することにより、DNA複製に対するエネルギー障壁を克服するのに役立ちます。
これらは、分子相互作用がエネルギー障壁を克服することをどのように可能にするかを示すほんの一部です。分子が運動トラップを逃れるメカニズムを理解することにより、これらのプロセスがどのように機能し、どのように調節できるかをよりよく理解することができます。
