Salt bridge (protein and supramolecular)
کیمسٹری میں، سالٹ برج دو غیر ہم آہنگ تعاملات کا مجموعہ ہے: ہائیڈروجن بانڈنگ اور آئنک بانڈنگ (شکل 1)۔ آئن جوڑی کیمسٹری میں، حیاتیاتی نظاموں میں، مختلف مادوں میں اور آئن جوڑی کرومیٹوگرافی جیسے بہت سے استعمالات میں سب سے اہم غیر ہم آہنگ قوتوں میں سے ایک ہے۔ یہ پروٹین کی اینٹروپک طور پر ناموافق فولڈڈ تشکیل کے استحکام میں سب سے زیادہ عام طور پر مشاہدہ کردہ شراکت ہے۔ اگرچہ غیر ہم آہنگ تعاملات کو نسبتا کمزور تعاملات کے طور پر جانا جاتا ہے، لیکن چھوٹے مستحکم تعاملات ایک کنفارمر کے مجموعی استحکام میں اہم کردار ادا کر سکتے ہیں۔ نمک کے پل نہ صرف پروٹین میں پائے جاتے ہیں، بلکہ وہ سپرمولیکولر کیمسٹری میں بھی پائے جا سکتے ہیں۔ ریاست کی مجموعی آزاد توانائی میں سالٹ برج کے مفت توانائی کے تعاون تک رسائی حاصل کرنے کے لیے تجرباتی طریقہ کار کے ذریعے ہر ایک کے تھرموڈینامکس کی کھوج کی جاتی ہے۔ کیمیائی بندھن میں نمک کے پل پانی میں، نمک کے پلوں یا آئن کے جوڑوں کی تشکیل زیادہ تر اینٹروپی کے ذریعہ چلتی ہے، عام طور پر ایسوسی ایشن پر تعامل کرنے والے آئنوں کی تباہی کی وجہ سے ناموافق δH شراکت کے ساتھ ہوتی ہے۔ ہائیڈروجن بانڈ آئن کے جوڑوں کے استحکام میں معاون ہوتے ہیں۔ پروٹونیٹیڈ امونیم آئن، اور آئنوں کے ساتھ ڈیپروٹونیشن کے ذریعے تشکیل پاتے ہیں جیسا کہ کاربوکسیلیٹ، فاسفیٹ وغیرہ کے معاملے میں ہوتا ہے ؛ پھر ایسوسی ایشن کے مستقلات پی ایچ پر منحصر ہوتے ہیں۔ آئن جوڑی کے لیے اینٹروپک محرک قوتیں (اہم ایچ-بانڈنگ شراکت کی عدم موجودگی میں) بھی میتھانول میں سالوینٹ کے طور پر پائی جاتی ہیں۔ غیر قطبی سالوینٹس میں بہت زیادہ ایسوسی ایشن مستقل کے ساتھ رابطہ آئن جوڑے بنتے ہیں، گیس مرحلے میں ایسوسی ایشن توانائیاں مثال کے طور پر۔ الکالی ہالائڈز 200 kJ/mol تک پہنچ جاتے ہیں۔ بیجرم یا فووس مساوات آئن جوڑی ایسوسی ایشن کو آئن چارجز zA اور zB اور میڈیم کے ڈائی الیکٹرک مستقل ε کے فنکشن کے طور پر بیان کرتی ہے۔ استحکام ΔG بمقابلہ zAzB کا ایک متعلقہ پلاٹ 200 سے زیادہ آئن جوڑوں کے لیے آئنوں کی ایک بڑی قسم کے لیے متوقع لکیری ارتباط کو ظاہر کرتا ہے۔ غیر نامیاتی اور نامیاتی آئن اعتدال پسند آئنک طاقت I پر ظاہر ہوتے ہیں۔ اسی طرح کی سالٹ برج ایسوسی ایشن، آئنوں کی نوعیت (سائز، پولرائزیشن وغیرہ) سے تقریبا آزاد، آئن اور کیشن کے 1:1 امتزاج کے لیے 5 سے 6 کے جے/مول کے ارد گرد جی اقدار ظاہر کرتی ہے۔ δG اقدار اضافی ہوتی ہیں اور تقریبا چارجز کا ایک لکیری فنکشن ہوتا ہے، مثال کے طور پر ان کا تعامل۔ ایک واحد چارج شدہ امونیم کیٹیشن کے ساتھ دوگنا چارج شدہ فاسفیٹ آئن تقریبا 2x5 = 10 kJ/mol کا حساب رکھتا ہے۔ δG اقدار کا انحصار حل کی آئنک طاقت I پر ہوتا ہے، جیسا کہ ڈیبی-ہکل مساوات میں بیان کیا گیا ہے، صفر آئنک طاقت پر δG = 8 kJ/mol کا مشاہدہ کیا جاتا ہے۔ الکالی آئن جوڑوں کے استحکام کو اینین چارج z کے فنکشن کے طور پر مزید تفصیلی مساوات کے ذریعے بیان کیا جا سکتا ہے۔ پروٹین میں پائے جانے والے نمک کے پل نمک کا پل اکثر ایسپرٹک ایسڈ یا گلوٹامک ایسڈ کے آئنک کاربوکسیلیٹ (آر سی او او-) اور لائسین سے کیٹیانک امونیم (آر این ایچ 3 +) یا ارجنائن کے گوانیڈینیم (آر این ایچ سی (این ایچ 2) 2 +) سے پیدا ہوتا ہے (شکل 2)۔ اگرچہ یہ سب سے زیادہ عام ہیں، لیکن آئنائزبل سائیڈ چینز والے دیگر باقیات جیسے ہسٹائڈائن، ٹائروسائن، اور سیرائن بھی حصہ لے سکتے ہیں، یہ ان کے پی کے اے کو پریشان کرنے والے بیرونی عوامل پر منحصر ہے۔ نمک پل میں حصہ لینے والے باقیات کے درمیان فاصلے کو بھی اہم قرار دیا گیا ہے۔ مطلوبہ فاصلہ 4 Å (400 پی ایم) سے کم ہے۔ اس فاصلے سے زیادہ امینو ایسڈ نمک پل بنانے کے اہل نہیں ہیں۔ پورے پروٹین میں پائے جانے والے امینو ایسڈ کی متعدد آئنائزبل سائیڈ چینز کی وجہ سے، جس پی ایچ پر پروٹین رکھا جاتا ہے وہ اس کے استحکام کے لیے اہم ہے۔ پروٹین-لگینڈ کمپلیکس میں پائے جانے والے نمک کے پل نمک کے پل بھی پروٹین اور چھوٹے مالیکیول لگینڈ کے درمیان بن سکتے ہیں۔ پروٹین ڈیٹا بینک کے 1100 سے زیادہ منفرد پروٹین-لیگنڈ کمپلیکس اپنے پروٹین کے اہداف کے ساتھ نمک کے پل بناتے پائے گئے، جس سے یہ ظاہر ہوتا ہے کہ منشیات اور پروٹین کے تعامل میں نمک کے پل اکثر ہوتے ہیں۔ ان میں مختلف انزائم کلاسوں کے ڈھانچے ہوتے ہیں، جن میں ہائیڈرولیز، ٹرانسفرسز، کینیسز، ریڈکٹیز، آکسیڈوریڈکٹس، لائسیس، اور جی پروٹین سے جڑے ریسیپٹرز (جی پی سی آر) شامل ہیں۔ حالیہ مطالعات سے پتہ چلتا ہے کہ نمک کے پل پروٹین-لیگینڈ کمپلیکس کو مستحکم کرنے میں اہم کردار ادا کرتے ہیں جو سالماتی کلپس کے طور پر کام کرتے ہیں جو پروٹین کی تشکیل کو مستحکم کرتے ہیں اور روک تھام کی سرگرمی کو سینکڑوں گنا بڑھا سکتے ہیں۔ لہذا لگینڈس اور ان کے پروٹین کے اہداف کے درمیان نمک کے پلوں کو شامل کرنا عقلی منشیات کے ڈیزائن میں ایک قیمتی ذریعہ ہو سکتا ہے۔ پروٹین میں سالٹ برج کے استحکام کی مقدار کے طریقے پروٹین کی فولڈ حالت میں مجموعی استحکام میں سالٹ برج کی شراکت کا اندازہ میوٹیجینیسیس اسٹڈیز اور نیوکلیئر مقناطیسی گونج تکنیک سے جمع کردہ تھرموڈینامک ڈیٹا کے ذریعے کیا جا سکتا ہے۔ اعلی پی ایچ پر بارش کو روکنے کے لیے خاص طور پر تبدیل شدہ فرضی جنگلی قسم کے پروٹین کا استعمال کرتے ہوئے، فولڈ شدہ پروٹین کی حالت کی مجموعی آزاد توانائی میں نمک پل کی شراکت کا تعین پوائنٹ میوٹیشن، تبدیلی اور اس کے نتیجے میں نمک پل کو توڑ کر کیا جا سکتا ہے۔ مثال کے طور پر، بقیہ 70 پر ایسپرٹک ایسڈ (اے ایس پی) اور بقیہ 31 (شکل 3) پر ہسٹائڈائن (اس) کے درمیان ٹی 4 لائسوزیم میں ایک نمک پل موجود ہونے کی نشاندہی کی گئی تھی۔ اسپرگین (اے ایس این) (شکل 4) کے ساتھ سائٹ کی طرف سے میوٹیجینیسیس تین نئے میوٹینٹس حاصل کرنے کے لیے کیا گیا تھا: اے ایس پی 70 اے ایس این ہس 31 (میوٹینٹ 1)، اے ایس پی 70 ہس 31 اے ایس این (میوٹینٹ 2)، اور اے ایس پی 70 اے ایس این ہس 31 اے ایس این (ڈبل میوٹینٹ)۔ ایک بار متغیرات قائم ہو جانے کے بعد، نمک پل سے وابستہ آزاد توانائی کا حساب لگانے کے لیے دو طریقے استعمال کیے جا سکتے ہیں۔ ایک طریقہ میں جنگلی قسم کے پروٹین کے پگھلنے والے درجہ حرارت کا مشاہدہ بمقابلہ تین متغیرات کا مشاہدہ شامل ہے۔ سرکلر ڈائکروزم میں تبدیلی کے ذریعے انحطاط کی نگرانی کی جا سکتی ہے۔ پگھلنے والے درجہ حرارت میں کمی استحکام میں کمی کی نشاندہی کرتی ہے۔ اس کی مقدار بیکٹیل اور شیلمین کے بیان کردہ طریقہ کار کے ذریعے کی جاتی ہے جہاں دونوں کے درمیان آزاد توانائی کے فرق کا حساب ΔTΔS کے ذریعے لگایا جاتا ہے۔ اس حساب کے ساتھ کچھ مسائل ہیں اور صرف بہت درست ڈیٹا کے ساتھ استعمال کیا جا سکتا ہے۔ T4 لائسوزیم کی مثال میں، فرضی جنگلی قسم کا δS پہلے پی ایچ 5.5 پر رپورٹ کیا گیا تھا لہذا اس پی ایچ پر 11°C کا درمیانی نقطہ درجہ حرارت کا فرق 360 کیلوری/(mol·K) (1.5 kJ/(mol·K)) کے رپورٹ شدہ δS سے ضرب لگ بھگ −4 کیلوری/mol (−17 kJ/mol) کی آزاد توانائی کی تبدیلی پیدا کرتا ہے۔ یہ قدر مفت توانائی کی مقدار سے مطابقت رکھتی ہے جو نمک پل کے ذریعہ پروٹین کے استحکام میں معاون ہے۔ دوسرا طریقہ سالٹ برج کی آزاد توانائی کا حساب لگانے کے لیے نیوکلیئر مقناطیسی گونج سپیکٹروسکوپی کا استعمال کرتا ہے۔ کاربوکسیلیٹ یا امونیم گروپ سے ملحقہ کاربن کے پروٹانوں کے مطابق کیمیائی شفٹ کو ریکارڈ کرتے ہوئے ٹائٹریشن کیا جاتا ہے۔ ٹائٹریشن وکر کا درمیانی نقطہ پی کے اے، یا پی ایچ سے مطابقت رکھتا ہے جہاں پروٹونیٹڈ: ڈیپروٹونیٹڈ مالیکیولز کا تناسب 1:1 ہے۔ T4 لائسوزیم کی مثال کو جاری رکھتے ہوئے، ہسٹائڈائن 31 (شکل 5) کے C2 پروٹون میں تبدیلی کے مشاہدے کے ذریعے ایک ٹائٹریشن وکر حاصل کیا جاتا ہے۔ شکل 5 جنگلی قسم اور میوٹینٹ کے درمیان ٹائٹریشن وکر میں تبدیلی کو ظاہر کرتی ہے جس میں ایس پی 70 اے ایس این ہے۔ بنا ہوا سالٹ برج ڈیپروٹونیٹڈ ایس پی 70 اور پروٹونیٹڈ اس 31 کے درمیان ہے۔ یہ تعامل اس کے 31 کے پی کے اے میں نظر آنے والی تبدیلی کا سبب بنتا ہے۔ بے نقاب جنگلی قسم کے پروٹین میں، جہاں نمک کا پل موجود نہیں ہے، اس کے 31 میں اعتدال پسند آئنک طاقت کے H2O بفرز میں 6.8 کا پی کے اے بتایا گیا ہے۔ شکل 5 میں 9.05 کی جنگلی قسم کا پی کے اے دکھایا گیا ہے۔ پی کے اے میں اس فرق کی تائید اس کے 31 کے ایس پی 70 کے ساتھ تعامل سے ہوتی ہے۔ نمک کے پل کو برقرار رکھنے کے لیے، اس کا 31 اپنے پروٹون کو زیادہ سے زیادہ دیر تک برقرار رکھنے کی کوشش کرے گا۔ جب نمک پل میں خلل پڑتا ہے، جیسے کہ اتپریورتن D70N میں، پی کے اے 6.9 کی قیمت پر واپس چلا جاتا ہے، جو بے نقاب حالت میں اس کے 31 کے بہت قریب ہے۔ پی کے اے میں فرق کو مفت توانائی میں سالٹ برج کی شراکت کی عکاسی کرنے کے لیے شمار کیا جا سکتا ہے۔ گبز آزاد توانایٔی کا استعمال کرتے ہوئے: δG = −RTln (Keq)، جہاں R عالمگیر گیس مستقل ہے، T کیلون میں درجہ حرارت ہے، اور Keq توازن میں رد عمل کا توازن مستقل ہے۔ اس کی 31 کی ڈیپروٹونیشن ایک خاص کیک کے ساتھ تیزاب کے توازن کا رد عمل ہے جسے تیزاب کی علیحدگی مستقل کے نام سے جانا جاتا ہے، کا: اس کی 31-ایچ + اس کی 31 + ایچ +۔ اس کے بعد پی کے اے کا تعلق کا سے درج ذیل سے ہوتا ہے: پی کے اے = − لاگ (کا)۔ اتپریورتن اور جنگلی قسم کے آزاد توانائی کے فرق کا حساب اب آزاد توانائی کی مساوات، پی کے اے کی تعریف، مشاہدہ شدہ پی کے اے اقدار، اور قدرتی لوگرتھم اور لوگرتھم کے درمیان تعلق کا استعمال کرتے ہوئے کیا جا سکتا ہے۔ T4 لائسوزیم کی مثال میں، اس نقطہ نظر سے مجموعی آزاد توانائی میں تقریبا 3 کیلوری/مول کی حساب شدہ شراکت حاصل ہوئی۔ اسی طرح کا نقطہ نظر سالٹ برج میں دوسرے شریک کے ساتھ بھی لیا جا سکتا ہے، جیسے کہ ٹی 4 لائسوزیم کی مثال میں ایس پی 70، اس کے 31 کی تغیر کے بعد پی کے اے میں اس کی تبدیلی کی نگرانی کرکے۔ مناسب تجربے کا انتخاب کرتے وقت احتیاط کا ایک لفظ پروٹین کے اندر نمک پل کا مقام شامل ہے۔ تعامل میں ماحول ایک بڑا کردار ادا کرتا ہے۔ اعلی آئنک طاقتوں پر، سالٹ برج کو مکمل طور پر ماسک کیا جا سکتا ہے کیونکہ اس میں الیکٹروسٹیٹک تعامل شامل ہوتا ہے۔ ٹی 4 لائسوزیم میں اس کا 31-ایس پی 70 نمک پل پروٹین کے اندر دفن کیا گیا تھا۔ اینٹروپی سطح کے نمک کے پلوں میں ایک بڑا کردار ادا کرتا ہے جہاں باقیات جو عام طور پر حرکت کرنے کی صلاحیت رکھتے ہیں ان کے الیکٹروسٹیٹک تعامل اور ہائیڈروجن بانڈنگ کی وجہ سے سکڑ جاتے ہیں۔ یہ انٹرایکشن کی شراکت کو تقریبا مٹانے کے لیے کافی اینٹروپی کو کم کرنے کے لیے دکھایا گیا ہے۔ سطح کے نمک کے پلوں کا مطالعہ دفن نمک کے پلوں کی طرح کیا جا سکتا ہے، جس میں ڈبل میوٹینٹ سائیکل اور این ایم آر ٹائٹریشن کا استعمال کیا جاتا ہے۔ اگرچہ ایسے معاملات موجود ہیں جہاں دفن نمک کے پل استحکام میں حصہ ڈالتے ہیں، کسی بھی چیز کی طرح، مستثنیات موجود ہیں اور دفن نمک کے پل غیر مستحکم اثر ظاہر کر سکتے ہیں۔ اس کے علاوہ، سطح کے نمک کے پل، بعض حالات میں، ایک مستحکم اثر ظاہر کر سکتے ہیں۔ مستحکم کرنے والے یا غیر مستحکم کرنے والے اثر کا اندازہ ہر معاملے کی بنیاد پر کیا جانا چاہیے اور بہت کم بیانات دیے جا سکتے ہیں۔ سپرمولیکولر کیمسٹری ایک ایسا شعبہ ہے جس کا تعلق میکرو مالیکیولز کے درمیان غیر ہم آہنگ تعاملات سے ہے۔ نمک کے پلوں کو اس شعبے کے کیمسٹوں نے متنوع اور تخلیقی دونوں طریقوں سے استعمال کیا ہے، جن میں آئنوں کا احساس، سالماتی کیپسول کی ترکیب اور ڈبل ہیلیکل پولیمر شامل ہیں۔ آئن کی پیچیدگی سپرمولیکولر کیمسٹری کی بڑی شراکت آئنوں کی شناخت اور حساسیت کے لیے وقف کی گئی ہے۔ آئن کی جوڑی اینین کی پیچیدگی کے لیے سب سے اہم محرک قوت ہے، لیکن انتخاب جیسے۔ ہالیڈ سیریز کے اندر حاصل کیا گیا ہے، زیادہ تر ہائیڈروجن بانڈ کی شراکت سے۔ سالماتی کیپسول سالماتی کیپسول کیمیائی سکافولڈ ہوتے ہیں جو مہمان سالمے کو پکڑنے اور پکڑنے کے لیے بنائے جاتے ہیں (سالماتی کیپسول دیکھیں)۔ سوزمنا اور ساتھی کارکنوں نے چیرل اندرونی حصے کے ساتھ ایک نیا سالماتی کیپسول تیار کیا۔ یہ کیپسول دو حصوں سے بنا ہے، جیسے پلاسٹک کے ایسٹر انڈے (شکل 6)۔ دونوں حصوں کے درمیان نمک پل کے تعاملات انہیں حل میں خود جمع کرنے کا سبب بنتے ہیں (شکل 7)۔ وہ 60 ڈگری سیلسیس تک گرم ہونے پر بھی مستحکم ہوتے ہیں۔ ڈبل ہیلیکل پولیمر یشیما اور ساتھی کارکنوں نے کئی پولیمر بنانے کے لیے سالٹ برج کا استعمال کیا ہے جو ڈی این اے کی طرح ڈبل ہیلکس کنفارمیشن کو اپناتے ہیں۔ ایک مثال میں، انہوں نے ڈبل ہیلیکل میٹالو پولیمر بنانے کے لیے پلاٹینم کو شامل کیا۔ ان کے مونومر اور پلاٹینم (II) بائیفینائل (شکل 8) سے شروع کرتے ہوئے، ان کا میٹالو پولیمر لگینڈ کے تبادلے کے رد عمل کی ایک سیریز کے ذریعے خود جمع ہوتا ہے۔ مونومر کے دو حصے ڈیپروٹونیٹڈ کاربوکسیلیٹ اور پروٹونیٹڈ نائٹروجن کے درمیان نمک پل کے ذریعے ایک ساتھ لنگر انداز ہوتے ہیں۔ حوالہ جات کیمیائی بانڈنگ پروٹین انجینئرنگ