Salt bridge (protein and supramolecular)
রসায়নে, লবণ সেতু হল দুটি অ-সমযোজী মিথস্ক্রিয়ার সংমিশ্রণঃ হাইড্রোজেন বন্ধন এবং আয়নিক বন্ধন (চিত্র 1)। রসায়নে, জৈবিক ব্যবস্থায়, বিভিন্ন উপাদানে এবং আয়ন জোড়া ক্রোমাটোগ্রাফির মতো অনেক প্রয়োগে আয়ন জোড়া অন্যতম গুরুত্বপূর্ণ অ-সমযোজী শক্তি। এটি প্রোটিনের এনট্রপিকভাবে প্রতিকূল ভাঁজ গঠনে স্থিতিশীলতার ক্ষেত্রে সবচেয়ে সাধারণভাবে পর্যবেক্ষণ করা অবদান। যদিও অ-সমযোজী মিথস্ক্রিয়া তুলনামূলকভাবে দুর্বল মিথস্ক্রিয়া হিসাবে পরিচিত, তবে ছোট স্থিতিশীল মিথস্ক্রিয়া একটি কনফর্মারের সামগ্রিক স্থিতিশীলতায় গুরুত্বপূর্ণ অবদান রাখতে পারে। লবণ সেতু শুধুমাত্র প্রোটিনেই পাওয়া যায় না, এগুলি সুপ্রামোলিকুলার রসায়নেও পাওয়া যায়। রাজ্যের সামগ্রিক মুক্ত শক্তিতে লবণ সেতুর বিনামূল্যে শক্তির অবদান অ্যাক্সেস করার জন্য প্রতিটি তাপগতিবিদ্যা পরীক্ষামূলক পদ্ধতির মাধ্যমে অন্বেষণ করা হয়। রাসায়নিক বন্ধনে লবণ সেতু জলে, লবণ সেতু বা আয়ন জোড়া গঠন বেশিরভাগ এনট্রপি দ্বারা চালিত হয়, সাধারণত সংযোগের উপর মিথস্ক্রিয়াশীল আয়নগুলির বিচ্ছিন্নতার কারণে প্রতিকূল δH অবদানের সাথে থাকে। হাইড্রোজেন বন্ধন আয়ন জোড়ার স্থিতিশীলতায় অবদান রাখে যেমন। প্রোটোনেটেড অ্যামোনিয়াম আয়ন, এবং অ্যানায়নগুলির সাথে ডিপ্রোটোনেশন দ্বারা গঠিত হয় যেমন কার্বক্সিলেট, ফসফেট ইত্যাদির ক্ষেত্রে; তারপর অ্যাসোসিয়েশন ধ্রুবকগুলি পিএইচ-এর উপর নির্ভর করে। আয়ন জুটির জন্য এনট্রপিক চালিকা শক্তি (উল্লেখযোগ্য এইচ-বন্ডিং অবদানের অনুপস্থিতিতে) মিথেনল-এ দ্রাবক হিসাবে পাওয়া যায়। অ-মেরু দ্রাবকগুলিতে খুব উচ্চ সংযোগ ধ্রুবক সহ যোগাযোগ আয়ন জোড়া গঠিত হয়; গ্যাস পর্যায়ে সংযোগ শক্তি যেমন। ক্ষারীয় হ্যালাইড 200 কেজে/মোল পর্যন্ত পৌঁছায়। বিজেরাম বা ফুয়স সমীকরণ আয়ন জোড়া সংযোগকে আয়ন চার্জ zA এবং zB এবং মাধ্যমের অস্তরক ধ্রুবক ε এর ফাংশন হিসাবে বর্ণনা করে; স্থিতিশীলতার একটি সংশ্লিষ্ট প্লট ΔG বনাম zAzB 200 টিরও বেশি আয়ন জোড়ার জন্য বিভিন্ন ধরণের আয়নগুলির জন্য প্রত্যাশিত রৈখিক সম্পর্ক দেখায়। অজৈব এবং জৈব আয়নগুলি আয়নগুলির প্রকৃতি (আকার, মেরুকরণযোগ্যতা ইত্যাদি) থেকে প্রায় স্বাধীন, অ্যানায়ন এবং ক্যাটায়নের 1:1 সংমিশ্রণের জন্য মাঝারি আয়নিক শক্তি I অনুরূপ সল্ট ব্রিজ অ্যাসোসিয়েশন ΔG মান প্রায় 5 থেকে 6 kJ/mol প্রদর্শন করে। δG মানগুলি যোগাত্মক এবং প্রায় চার্জের একটি রৈখিক ফাংশন, যেমন এর মিথস্ক্রিয়া। একটি একক আধানযুক্ত অ্যামোনিয়াম ক্যাটায়ন সহ দ্বিগুণ আধানযুক্ত ফসফেট অ্যানায়ন প্রায় 2x5 = 10 কেজে/মোল। αG মানগুলি সমাধানের আয়নিক শক্তি I-এর উপর নির্ভর করে, যা ডেবি-হাকেল সমীকরণ দ্বারা বর্ণিত হয়েছে, শূন্য আয়নিক শক্তিতে αG = 8 kJ/mol পর্যবেক্ষণ করা হয়। ক্ষার-আয়ন জোড়গুলির অ্যানায়ন চার্জ z-এর কার্যকারিতা আরও বিশদ সমীকরণ দ্বারা বর্ণনা করা যেতে পারে। লবণ সেতু প্রোটিনে পাওয়া যায় লবণ সেতু প্রায়শই অ্যাস্পার্টিক অ্যাসিড বা গ্লুটামিক অ্যাসিডের অ্যানিয়নিক কার্বক্সিলেট (আরসিওও-) এবং লাইসিন থেকে ক্যাটিয়ানিক অ্যামোনিয়াম (আরএনএইচ3 +) বা আর্জিনাইনের গুয়ানিডিনিয়াম (আরএনএইচসি (এনএইচ2) 2 +) থেকে উদ্ভূত হয় (চিত্র 2)। যদিও এগুলি সবচেয়ে সাধারণ, তবে হিস্টিডাইন, টাইরোসিন এবং সেরাইনের মতো আয়নীকরণযোগ্য পার্শ্ব শৃঙ্খলযুক্ত অন্যান্য অবশিষ্টাংশগুলিও অংশগ্রহণ করতে পারে, যা তাদের পিকেএ-কে বিরক্ত করে এমন বাইরের কারণগুলির উপর নির্ভর করে। লবণ সেতুর অবশিষ্টাংশের মধ্যে দূরত্বকেও গুরুত্বপূর্ণ বলে উল্লেখ করা হয়েছে। প্রয়োজনীয় দূরত্ব 4 Å (400 পিএম) এর চেয়ে কম। এই দূরত্বের চেয়ে বেশি অ্যামিনো অ্যাসিড লবণ সেতু গঠনের যোগ্য নয়। একটি প্রোটিন জুড়ে পাওয়া অ্যামিনো অ্যাসিডের অসংখ্য আয়নীকরণযোগ্য পার্শ্ব শৃঙ্খলের কারণে, যে পিএইচ-এ একটি প্রোটিন স্থাপন করা হয় তা তার স্থিতিশীলতার জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। প্রোটিন-লিগ্যান্ড কমপ্লেক্সে পাওয়া লবণ সেতুগুলি প্রোটিন এবং ছোট অণু লিগ্যান্ডগুলির মধ্যেও গঠিত হতে পারে। প্রোটিন ডেটাব্যাঙ্ক থেকে 1100 টিরও বেশি অনন্য প্রোটিন-লিগ্যান্ড কমপ্লেক্স তাদের প্রোটিন লক্ষ্যগুলির সাথে লবণ সেতু গঠন করতে দেখা গেছে, যা ইঙ্গিত করে যে লবণ সেতুগুলি ড্রাগ-প্রোটিন মিথস্ক্রিয়ায় ঘন ঘন হয়। এগুলিতে হাইড্রোলেজ, ট্রান্সফারেসেস, কাইনেস, রিডাক্টেস, অক্সিডোরিডাক্টেস, লাইসেস এবং জি প্রোটিন-কাপল্ড রিসেপ্টর (জিপিসিআর) সহ বিভিন্ন এনজাইম শ্রেণীর কাঠামো রয়েছে। সাম্প্রতিক গবেষণায় দেখা গেছে যে লবণ সেতুগুলি প্রোটিন-লিগ্যান্ড কমপ্লেক্সগুলিকে স্থিতিশীল করতে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে আণবিক ক্লিপ হিসাবে কাজ করে যা প্রোটিনের গঠনকে স্থিতিশীল করে এবং শত শত ভাঁজ দ্বারা প্রতিরোধক ক্রিয়াকলাপকে বাড়িয়ে তুলতে পারে। তাই লিগ্যান্ড এবং তাদের প্রোটিন লক্ষ্যগুলির মধ্যে লবণ সেতু অন্তর্ভুক্ত করা যুক্তিসঙ্গত ওষুধের নকশায় একটি মূল্যবান হাতিয়ার হতে পারে। প্রোটিনে লবণ সেতুর স্থায়িত্ব পরিমাপের পদ্ধতি একটি প্রোটিনের ভাঁজ করা অবস্থায় সামগ্রিক স্থায়িত্বে লবণ সেতুর অবদান মিউটেজেনেসিস অধ্যয়ন এবং পারমাণবিক চৌম্বকীয় অনুরণন কৌশল থেকে সংগৃহীত তাপগতিবিদ্যার তথ্যের মাধ্যমে মূল্যায়ন করা যেতে পারে। উচ্চ পিএইচ-এ বৃষ্টিপাত রোধ করার জন্য বিশেষভাবে পরিবর্তিত একটি পরিবর্তিত ছদ্ম-বন্য-ধরনের প্রোটিন ব্যবহার করে, ভাঁজ করা প্রোটিন অবস্থার সামগ্রিক মুক্ত শক্তিতে লবণ সেতুর অবদান একটি বিন্দু-রূপান্তর, পরিবর্তন এবং ফলস্বরূপ, লবণ সেতু ভেঙে নির্ধারণ করা যেতে পারে। উদাহরণস্বরূপ, অবশিষ্টাংশ 70-এ অ্যাস্পার্টিক অ্যাসিড (এএসপি) এবং অবশিষ্টাংশ 31-এ একটি হিস্টিডিন (হিজ)-এর মধ্যে টি4 লাইসোজাইমে একটি লবণ সেতু বিদ্যমান বলে চিহ্নিত করা হয়েছিল (চিত্র 3)। অ্যাস্পারাজিন (এ. এস. এন) (চিত্র 4) সহ সাইট-নির্দেশিত মিউটেজেনেসিস তিনটি নতুন মিউট্যান্ট প্রাপ্ত করেঃ এ. এস. পি. 70এ. এস. এন হিজ 31 (মিউট্যান্ট 1), এ. এস. পি. 70 হিজ 31এ. এস. এন (মিউট্যান্ট 2), এবং এ. এস. পি. 70এ. এস. এন হিজ 31এ. এস. এন (ডাবল মিউট্যান্ট)। একবার মিউট্যান্টগুলি প্রতিষ্ঠিত হয়ে গেলে, লবণ সেতুর সাথে যুক্ত মুক্ত শক্তি গণনা করার জন্য দুটি পদ্ধতি ব্যবহার করা যেতে পারে। একটি পদ্ধতিতে তিনটি মিউট্যান্টের তুলনায় বন্য-ধরনের প্রোটিনের গলিত তাপমাত্রা পর্যবেক্ষণ করা হয়। বৃত্তাকার ডাইক্রোইজমের পরিবর্তনের মাধ্যমে বিকৃতি পর্যবেক্ষণ করা যেতে পারে। গলিত তাপমাত্রা হ্রাস স্থিতিশীলতা হ্রাসের ইঙ্গিত দেয়। এটি বেক্টেল এবং শেলম্যান দ্বারা বর্ণিত একটি পদ্ধতির মাধ্যমে পরিমাপ করা হয় যেখানে উভয়ের মধ্যে মুক্ত শক্তির পার্থক্য ΔTΔS-এর মাধ্যমে গণনা করা হয়। এই গণনায় কিছু সমস্যা রয়েছে এবং শুধুমাত্র খুব সঠিক তথ্য দিয়ে ব্যবহার করা যেতে পারে। টি4 লাইসোজাইমের উদাহরণে, ছদ্ম-বন্য-প্রকারের αS এর আগে পিএইচ 5.5-এ রিপোর্ট করা হয়েছিল, তাই এই পিএইচ-এ 11 ডিগ্রি সেলসিয়াসের মধ্যবিন্দু তাপমাত্রার পার্থক্যকে 360 ক্যালোরি/(মোল·কে) (1.5 কেজে/(মোল·কে))-এর রিপোর্ট করা αS দ্বারা গুণ করলে প্রায় −4 কিলোক্যালরি/মোল (−17 কেজে/মোল)-এর একটি মুক্ত শক্তি পরিবর্তন পাওয়া যায়। এই মানটি লবণ সেতু দ্বারা প্রোটিনের স্থিতিশীলতায় অবদান রাখা মুক্ত শক্তির পরিমাণের সাথে মিলে যায়। দ্বিতীয় পদ্ধতিটি লবণ সেতুর মুক্ত শক্তি গণনা করতে পারমাণবিক চৌম্বকীয় অনুরণন স্পেকট্রোস্কোপি ব্যবহার করে। কার্বক্সিলেট বা অ্যামোনিয়াম গ্রুপের সংলগ্ন কার্বনের প্রোটনের সাথে সম্পর্কিত রাসায়নিক স্থানান্তর রেকর্ড করার সময় একটি টাইট্রেশন করা হয়। অনুমাপন বক্ররেখার মধ্যবিন্দুটি পিকেএ বা পিএইচ-এর সাথে মিলে যায় যেখানে প্রোটোনেটেডঃ ডিপ্রোটোনেটেড অণুগুলির অনুপাত 1:1। টি4 লাইসোজাইমের উদাহরণ অব্যাহত রেখে, হিস্টিডিন 31-এর সি2 প্রোটনে একটি স্থানান্তর পর্যবেক্ষণের মাধ্যমে একটি অনুমাপন বক্ররেখা পাওয়া যায় (চিত্র 5)। চিত্র 5 বন্য-প্রকার এবং মিউট্যান্টের মধ্যে টাইট্রেশন বক্ররেখার পরিবর্তন দেখায় যেখানে অ্যাস্প 70 হল অ্যাসন। গঠিত লবণ সেতুটি ডিপ্রোটোনেটেড অ্যাস্প 70 এবং প্রোটোনেটেড হিজ 31-এর মধ্যে অবস্থিত। এই মিথস্ক্রিয়াটি তাঁর 31-এর পিকেএ-তে দেখা পরিবর্তনের কারণ। উন্মুক্ত বন্য-ধরনের প্রোটিনে, যেখানে লবণ সেতু অনুপস্থিত, তাঁর 31-এর মাঝারি আয়নিক শক্তির এইচ2ও বাফারগুলিতে 6.8-এর পিকেএ রয়েছে বলে জানা গেছে। চিত্র 5 9.05-এর বন্য-ধরনের একটি পি. কে. এ দেখায়। পিকেএ-তে এই পার্থক্যটি অ্যাস্প 70-এর সাথে তাঁর 31-এর মিথস্ক্রিয়া দ্বারা সমর্থিত। লবণ সেতু রক্ষণাবেক্ষণের জন্য, তাঁর 31 যতদিন সম্ভব তার প্রোটন রাখার চেষ্টা করবে। যখন মিউট্যান্ট ডি70এন-এর মতো লবণ সেতুটি বিঘ্নিত হয়, তখন পিকেএ 6.9-এর মানে ফিরে আসে, যা অনাবৃত অবস্থায় তাঁর 31-এর অনেক কাছাকাছি। মুক্ত শক্তিতে লবণ সেতুর অবদান প্রতিফলিত করার জন্য পিকেএ-র পার্থক্য পরিমাপ করা যেতে পারে। গিবস মুক্ত শক্তির ব্যবহারঃ δG = −RTln (Keq), যেখানে R হল সর্বজনীন গ্যাস ধ্রুবক, T হল কেলভিনের তাপমাত্রা, এবং Keq হল ভারসাম্যের প্রতিক্রিয়ার ভারসাম্য ধ্রুবক। তাঁর 31-এর ডিপ্রোটোনেশন হল একটি বিশেষ কেক সহ একটি অ্যাসিড ভারসাম্য বিক্রিয়া যা অ্যাসিড বিচ্ছিন্নতা ধ্রুবক, কেএঃ তাঁর 31-এইচ + তাঁর 31 + এইচ + নামে পরিচিত। পি. কে. এ তারপর নিম্নলিখিত দ্বারা কা-এর সাথে সম্পর্কিত হয়ঃ পি. কে. এ = − লগ (কা)। মিউট্যান্ট এবং ওয়াইল্ড-টাইপের মুক্ত শক্তির পার্থক্যের গণনা এখন মুক্ত শক্তির সমীকরণ, পিকেএ-র সংজ্ঞা, পর্যবেক্ষিত পিকেএ মান এবং প্রাকৃতিক লগারিদম এবং লগারিদমের মধ্যে সম্পর্ক ব্যবহার করে করা যেতে পারে। টি4 লাইসোজাইমের উদাহরণে, এই পদ্ধতির ফলে সামগ্রিক মুক্ত শক্তিতে প্রায় 3 কিলোক্যালরি/মোলের হিসাবকৃত অবদান পাওয়া যায়। সল্ট ব্রিজের অন্যান্য অংশগ্রহণকারীদের ক্ষেত্রেও একই পদ্ধতি অবলম্বন করা যেতে পারে, যেমন টি4 লাইসোজাইমের উদাহরণে অ্যাস্প70, হিজ31-এর মিউটেশনের পরে পিকেএ-তে এর স্থানান্তর পর্যবেক্ষণ করে। উপযুক্ত পরীক্ষাটি বেছে নেওয়ার সময় সতর্কতার একটি শব্দ প্রোটিনের মধ্যে লবণ সেতুর অবস্থানের সাথে জড়িত। মিথস্ক্রিয়ায় পরিবেশ একটি বড় ভূমিকা পালন করে। উচ্চ আয়নিক শক্তিতে, লবণ সেতুটি সম্পূর্ণরূপে আচ্ছাদিত করা যেতে পারে কারণ একটি স্থির বৈদ্যুতিক মিথস্ক্রিয়া জড়িত। টি4 লাইসোজাইমে তাঁর 31-এএসপি70 লবণ সেতুটি প্রোটিনের মধ্যে সমাহিত করা হয়েছিল। পৃষ্ঠতলের লবণ সেতুর ক্ষেত্রে এনট্রপি একটি বড় ভূমিকা পালন করে যেখানে সাধারণত যে অবশিষ্টাংশগুলির চলাচলের ক্ষমতা থাকে সেগুলি তাদের স্থিতিশীল তড়িৎসংক্রান্ত মিথস্ক্রিয়া এবং হাইড্রোজেন বন্ধনের দ্বারা সংকুচিত হয়। এটি মিথস্ক্রিয়ার অবদানকে প্রায় মুছে ফেলার জন্য যথেষ্ট এনট্রপি হ্রাস করতে দেখা গেছে। ডাবল মিউট্যান্ট চক্র এবং এন. এম. আর টাইট্রেশন ব্যবহার করে ভূগর্ভস্থ লবণ সেতুগুলি সমাহিত লবণ সেতুর মতো একইভাবে অধ্যয়ন করা যেতে পারে। যদিও এমন কিছু ঘটনা রয়েছে যেখানে সমাহিত লবণ সেতু স্থিতিশীলতায় অবদান রাখে, অন্য যে কোনও কিছুর মতো, ব্যতিক্রম রয়েছে এবং সমাহিত লবণ সেতুগুলি অস্থিতিশীল প্রভাব প্রদর্শন করতে পারে। এছাড়াও, নির্দিষ্ট পরিস্থিতিতে পৃষ্ঠতলের লবণ সেতুগুলি একটি স্থিতিশীল প্রভাব প্রদর্শন করতে পারে। স্থিতিশীল বা অস্থিতিশীল প্রভাব অবশ্যই কেস ভিত্তিতে মূল্যায়ন করা উচিত এবং কয়েকটি সম্পূর্ণ বিবৃতি দেওয়া সম্ভব। সুপ্রামোলিকুলার রসায়ন একটি ক্ষেত্র যা ম্যাক্রোমোলিকুলের মধ্যে অ-সমযোজী মিথস্ক্রিয়ার সাথে সম্পর্কিত। লবণ সেতুগুলি এই ক্ষেত্রের রসায়নবিদরা অ্যানায়নগুলির সংবেদন, আণবিক ক্যাপসুল এবং ডাবল হেলিকাল পলিমার সংশ্লেষণ সহ বিভিন্ন এবং সৃজনশীল উভয় উপায়ে ব্যবহার করেছেন। অ্যানায়ন জটিলতা অতি আণবিক রসায়নের প্রধান অবদানগুলি অ্যানায়নগুলির স্বীকৃতি এবং সংবেদনশীলতার জন্য নিবেদিত। আয়ন পেয়ারিং অ্যানায়ন জটিলতার জন্য সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ চালিকা শক্তি, তবে সিলেক্টিভিটি যেমন বেশিরভাগ হাইড্রোজেন বন্ডের অবদানের মাধ্যমে হ্যালাইড সিরিজের মধ্যে অর্জন করা হয়েছে। আণবিক ক্যাপসুল হল রাসায়নিক স্ক্যাফোল্ড যা একটি অতিথি অণু ধরার এবং ধরে রাখার জন্য ডিজাইন করা হয়েছে (আণবিক ক্যাপসুলেশন দেখুন)। স্জুমনা এবং সহকর্মীরা একটি কাইরাল অভ্যন্তর সহ একটি অভিনব আণবিক ক্যাপসুল তৈরি করেছেন। এই ক্যাপসুলটি প্লাস্টিকের ইস্টার ডিমের মতো দুটি অর্ধেক দিয়ে তৈরি (চিত্র 6)। দুটি অংশের মধ্যে লবণ সেতুর মিথস্ক্রিয়া তাদের দ্রবণে স্ব-একত্রিত করে (চিত্র 7)। 60 ডিগ্রি সেলসিয়াস পর্যন্ত গরম করা হলেও এগুলি স্থিতিশীল থাকে। ডাবল হেলিকাল পলিমার ইয়াশিমা এবং সহকর্মীরা লবণ সেতু ব্যবহার করে বেশ কয়েকটি পলিমার তৈরি করেছেন যা ডি. এন. এ-র মতো একটি ডাবল হেলিক্স গঠন গ্রহণ করে। একটি উদাহরণে, তারা একটি ডাবল হেলিকাল মেটালোপলিমার তৈরি করতে প্ল্যাটিনামকে অন্তর্ভুক্ত করেছিল। তাদের মনোমার এবং প্ল্যাটিনাম (II) বাইফিনাইল (চিত্র 8) থেকে শুরু করে, তাদের মেটালোপলিমার লিগ্যান্ড বিনিময় প্রতিক্রিয়াগুলির একটি সিরিজের মাধ্যমে স্ব-একত্রিত হয়। মনোমারের দুটি অংশ ডিপ্রোটোনেটেড কার্বক্সিলেট এবং প্রোটোনেটেড নাইট্রোজেনের মধ্যে লবণ সেতুর মাধ্যমে একসঙ্গে নোঙ্গর করা হয়। তথ্যসূত্র রাসায়নিক বন্ধন প্রোটিন প্রকৌশল