В химии димеризация — это процесс соединения двух идентичных или подобных молекулярных объектов связями . Получающиеся связи могут быть как сильными, так и слабыми. Многие симметричные химические виды описываются как димеры , даже если мономер неизвестен или крайне нестабилен. [1]
Термин гомодимер используется, когда две субъединицы идентичны (например, A–A), и гетеродимер , когда они не идентичны (например, A–B). Обратную димеризацию часто называют диссоциацией . Когда два противоположно заряженных иона объединяются в димеры, их называют парами Бьеррума [ 2] в честь датского химика Нильса Бьеррума .
Безводные карбоновые кислоты образуют димеры путем водородной связи кислотного водорода и карбонильного кислорода. Например, уксусная кислота образует димер в газовой фазе, где мономерные единицы удерживаются вместе водородными связями . [3] Многие молекулы, содержащие ОН, образуют димеры, например, димер воды .
Эксимеры и эксиплексы — это возбужденные структуры с коротким временем жизни. Например, благородные газы не образуют стабильных димеров, но они образуют эксимеры Ar 2 *, Kr 2 * и Xe 2 * под высоким давлением и электрической стимуляцией. [4]
Молекулярные димеры часто образуются в результате реакции двух идентичных соединений, например: 2A → A−A . В этом примере говорят, что мономер «A» димеризуется, давая димер « A−A ». Примером является диаминокарбен , который димеризуется, давая тетрааминоэтилен :
Карбены очень реакционноспособны и легко образуют связи.
Дициклопентадиен — это асимметричный димер двух молекул циклопентадиена , которые прореагировали в реакции Дильса-Альдера, дав продукт. При нагревании он «трескается» (претерпевает ретрореакцию Дильса-Альдера), давая идентичные мономеры:
Многие неметаллические элементы встречаются в виде димеров: водород , азот , кислород и галогены ( фтор , хлор , бром и йод ). Благородные газы могут образовывать димеры, связанные ван-дер-ваальсовыми связями , например, дигелий или диаргон . Ртуть встречается в виде катиона ртути(I) ( Hg2+2), формально димерный ион. Другие металлы могут образовывать часть димеров в своей паровой фазе. Известные металлические димеры включают дилитий ( Li 2 ), динатрий ( Na 2 ), дикалий ( K 2 ), дирубидий ( Rb 2 ) и дицезий ( Cs 2 ). Такие элементарные димеры являются гомоядерными двухатомными молекулами .
Многие небольшие органические молекулы , в частности формальдегид , легко образуют димеры. Димер формальдегида ( CH2O ) — это диоксетан ( C2H4O2 ).
Боран ( BH 3 ) встречается в виде димера диборана ( B 2 H 6 ) из -за высокой кислотности Льюиса борного центра.
В контексте полимеров «димер» также относится к степени полимеризации 2, независимо от стехиометрии или реакций конденсации .
Один из случаев, когда это применимо, — дисахариды . Например, целлобиоза — это димер глюкозы , хотя в результате реакции образования образуется вода :
При этом образующийся димер имеет стехиометрию, отличную от исходной пары мономеров.
Дисахариды не обязательно должны состоять из тех же моносахаридов , чтобы считаться димерами. Примером является сахароза , димер фруктозы и глюкозы, который следует тому же уравнению реакции, что и представлено выше.
Аминокислоты также могут образовывать димеры, которые называются дипептидами . Примером является глицилглицин , состоящий из двух молекул глицина, соединенных пептидной связью . Другие примеры включают аспартам и карнозин .
Многие молекулы и ионы описываются как димеры, даже если мономер неуловим.
Диборан (B 2 H 6 ) — неорганический димер борана . B 2 H 6 существует в виде структуры, в которой два атома водорода соединяют два атома бора . [5]
Триалкилалюминиевые соединения могут существовать как мономеры или димеры, в зависимости от стерической массы присоединенных групп. Например, триметилалюминий существует как димер, но тримезитилалюминий принимает мономерную структуру. [6]
Пиримидиновые димеры (также известные как тиминовые димеры) образуются в результате фотохимической реакции из пиримидиновых оснований ДНК при воздействии ультрафиолетового света. [6] Это сшивание вызывает мутации ДНК , которые могут быть канцерогенными , вызывая рак кожи . [6] Когда присутствуют пиримидиновые димеры , они могут блокировать полимеразы , снижая функциональность ДНК до тех пор, пока она не будет восстановлена. [6]
Димеры белков возникают в результате взаимодействия двух белков , которые могут взаимодействовать дальше, образуя более крупные и сложные олигомеры . [7] Например, тубулин образуется путем димеризации α-тубулина и β-тубулина , и этот димер затем может полимеризоваться дальше, образуя микротрубочки . [8] Для симметричных белков более крупный белковый комплекс может быть разбит на более мелкие идентичные белковые субъединицы , которые затем димеризуются, уменьшая генетический код, необходимый для создания функционального белка. [7]
Будучи крупнейшим и наиболее разнообразным семейством рецепторов в геноме человека, рецепторы, сопряженные с G-белком (GPCR), были тщательно изучены, и недавние исследования подтвердили их способность образовывать димеры. [9] Димеры GPCR включают как гомодимеры, так и гетеродимеры, образованные из родственных членов семейства GPCR. [10] Хотя не все, некоторые GPCR требуют димеризации для функционирования, например, рецептор GABA B , что подчеркивает важность димеров в биологических системах. [11]
Подобно рецепторам, связанным с G-белком, димеризация необходима для рецепторных тирозинкиназ (RTK) для выполнения их функции в передаче сигнала , влияя на множество различных клеточных процессов. [12] RTK обычно существуют в виде мономеров, но претерпевают конформационные изменения при связывании лиганда , что позволяет им димеризоваться с близлежащими RTK. [13] [14] Димеризация активирует цитоплазматические домены киназы , которые отвечают за дальнейшую передачу сигнала . [12]
