الترابط المتقاطع

الموسوعة الحرة
الفلكنة مثال على التشابك. عرض تخطيطي لسلسلتين من "البوليمر" ( الأزرق والأخضر ) متشابكتين بعد فلكنة المطاط الطبيعي بالكبريت (n = 0، 1، 2، 3، ...).
تعريف الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC) للرابطة المتشابكة في كيمياء البوليمرات

في الكيمياء والأحياء ، الرابطة المتشابكة هي رابطة أو سلسلة قصيرة من الروابط تربط سلسلة بوليمر بأخرى. قد تتخذ هذه الروابط شكل روابط تساهمية أو روابط أيونية ، ويمكن أن تكون البوليمرات إما بوليمرات اصطناعية أو بوليمرات طبيعية (مثل البروتينات ).

في كيمياء البوليمرات، يشير مصطلح "التشابك" عادةً إلى استخدام الروابط المتشابكة لتعزيز تغيير في الخصائص الفيزيائية للبوليمرات.

عندما يتم استخدام "الربط المتقاطع" في المجال البيولوجي، فإنه يشير إلى استخدام مسبار لربط البروتينات معًا للتحقق من تفاعلات البروتين-البروتين ، بالإضافة إلى منهجيات الربط المتقاطع الإبداعية الأخرى.

على الرغم من أن المصطلح يستخدم للإشارة إلى "ربط سلاسل البوليمر" في كلا العلمين، إلا أن مدى الربط المتقاطع وخصوصيات عوامل الربط المتقاطع تختلف اختلافًا كبيرًا.

البوليمرات الاصطناعية

التفاعلات الكيميائية المرتبطة بالتشابك بين زيوت التجفيف ، وهي العملية التي تنتج مشمع الأرضيات .

تتضمن عملية التشابك عمومًا روابط تساهمية تربط سلسلتين من البوليمر. يشير مصطلح المعالجة إلى تشابك الراتنجات المتصلبة حراريًا ، مثل البوليستر غير المشبع وراتنج الإيبوكسي ، بينما يُستخدم مصطلح الفلكنة عادةً للمطاط . [ 1 ] عندما تتشابك سلاسل البوليمر، تصبح المادة أكثر صلابة. تعتمد الخواص الميكانيكية للبوليمر بشكل كبير على كثافة التشابك. تؤدي كثافات التشابك المنخفضة إلى زيادة لزوجة مصهورات البوليمر . أما كثافات التشابك المتوسطة فتحول البوليمرات اللزجة إلى مواد ذات خواص مرنة وقوة عالية محتملة. في حين أن كثافات التشابك العالية جدًا قد تجعل المواد شديدة الصلابة أو زجاجية، مثل مواد الفينول فورمالدهيد . [ 2 ]

راتنج فينيل إستر نموذجي مشتق من ثنائي غليسيديل إيثر ثنائي الفينول أ . ينتج عن بلمرة الجذور الحرة بوليمر عالي التشابك. [ 3 ]

في إحدى التطبيقات، تُعالج الراتنجات غير المتصلبة أو المتصلبة جزئيًا بمادة رابطة . في عملية الفلكنة ، يُستخدم الكبريت كعامل رابط. يُحوّل إدخاله المطاط إلى مادة أكثر صلابة ومتانة، تُستخدم في صناعة إطارات السيارات والدراجات . تُعرف هذه العملية غالبًا باسم معالجة الكبريت. في معظم الحالات، تكون عملية الربط غير قابلة للانعكاس، وتتحلل المادة المتصلبة حراريًا الناتجة أو تحترق عند تسخينها، دون أن تنصهر. تتميز الروابط التساهمية الكيميائية بثباتها الميكانيكي والحراري. لذلك، يصعب إعادة تدوير المنتجات المترابطة، مثل إطارات السيارات.

تعتمد فئة من البوليمرات تُعرف باسم المطاطات الحرارية على الروابط الفيزيائية المتشابكة في بنيتها المجهرية لتحقيق الاستقرار، وتُستخدم على نطاق واسع في تطبيقات غير الإطارات، مثل مسارات عربات الثلج والقسطرات الطبية. وتتميز هذه البوليمرات بنطاق أوسع بكثير من الخصائص مقارنةً بالمطاطات التقليدية المتشابكة، لأن المجالات التي تعمل كروابط متشابكة قابلة للانعكاس، وبالتالي يمكن إعادة تشكيلها بالحرارة. وقد تكون هذه المجالات المُثبِّتة غير بلورية (كما في بوليمرات الستايرين-بوتادين المتجانسة) أو بلورية كما في البوليسترات الحرارية المشتركة.

مركب ثنائي (ثلاثي إيثوكسي سيليل بروبيل) رباعي الكبريتيد هو عامل ربط متقاطع: ترتبط مجموعات السيلوكسي بالسيليكا وتتحد مجموعات البولي سلفيد مع البولي أوليفينات .

تتصلب مينا الألكيد ، وهي النوع السائد من الدهانات التجارية القائمة على الزيت، عن طريق التشابك التأكسدي بعد تعرضها للهواء. [ 4 ]

على عكس الروابط الكيميائية، تتشكل الروابط الفيزيائية من خلال تفاعلات أضعف. فعلى سبيل المثال، يتجمد ألجينات الصوديوم عند تعرضه لأيونات الكالسيوم، التي تُكوّن روابط أيونية تربط بين سلاسل الألجينات. [ 5 ] ويتجمد كحول البولي فينيل عند إضافة البوراكس من خلال روابط هيدروجينية بين حمض البوريك ومجموعات الكحول في البوليمر. [ 6 ] [ 7 ] ومن الأمثلة الأخرى على المواد التي تُكوّن هلامات متشابكة فيزيائيًا: الجيلاتين ، والكولاجين ، والأجاروز ، والأجار أجار .

قياس درجة التشابك

غالبًا ما يُقاس التشابك باختبارات الانتفاخ . تُوضع العينة المتشابكة في مذيب جيد عند درجة حرارة محددة، ويُقاس إما التغير في الكتلة أو التغير في الحجم. كلما زاد التشابك، قلّ الانتفاخ الممكن تحقيقه. بناءً على درجة الانتفاخ، ومعامل تفاعل فلوري (الذي يربط تفاعل المذيب مع العينة)، وكثافة المذيب، يمكن حساب درجة التشابك النظرية وفقًا لنظرية فلوري للشبكات. [ 8 ]

يُستخدم معياران من معايير الجمعية الأمريكية لاختبار المواد (ASTM) بشكل شائع لوصف درجة التشابك في اللدائن الحرارية. في معيار ASTM D2765، تُوزن العينة، ثم توضع في مذيب لمدة 24 ساعة، وتُوزن مرة أخرى وهي منتفخة، ثم تُجفف وتُوزن للمرة الأخيرة. [ 9 ] ويمكن حساب درجة الانتفاخ والجزء القابل للذوبان. أما في معيار ASTM آخر، وهو F2214، فتوضع العينة في جهاز يقيس تغير ارتفاعها، مما يسمح للمستخدم بقياس تغير حجمها. [ 10 ] ومن ثم يمكن حساب كثافة التشابك.

في علم الأحياء

بنية مثالية للّجنين، وهو بوليمر متشابك للغاية يُعد المادة الهيكلية الرئيسية في العديد من النباتات.

اللجنين

اللجنين بوليمر شديد الترابط يشكل المادة البنائية الرئيسية للنباتات الراقية. وهو مادة كارهة للماء، مشتقة من أحاديات اللجنين الأولية . وينشأ عدم التجانس من تنوع ودرجة الترابط بين هذه اللجنينات.

في الحمض النووي

HN1 ( ثنائي (2-كلورو إيثيل) إيثيل أمين )، وهو رابط متقاطع للحمض النووي. ومثل معظم الروابط المتقاطعة، يحتوي هذا الجزيء على مجموعتين تفاعليتين.

تُؤثر الروابط المتشابكة داخل سلسلة الحمض النووي تأثيرًا بالغًا على الكائنات الحية، إذ تُعيق هذه التلفيات عمليتي النسخ والتضاعف . ويمكن استغلال هذه التأثيرات استغلالًا أمثل (في علاج السرطان)، أو قد تكون قاتلة للكائن الحي المُضيف. يعمل دواء سيسبلاتين عن طريق تكوين روابط متشابكة داخل سلسلة الحمض النووي. [ 11 ] تشمل عوامل الربط المتشابك الأخرى غاز الخردل ، والميتوميسين ، والسورالين . [ 12 ]

البروتينات

في البروتينات ، تُعدّ الروابط المتشابكة مهمة في تكوين هياكل مستقرة ميكانيكيًا مثل الشعر والصوف والجلد والغضروف . وتُعدّ روابط ثنائي الكبريتيد من الروابط المتشابكة الشائعة. [ 13 ] ويُعدّ تكوين رابطة الأيزوببتيد نوعًا آخر من الروابط المتشابكة في البروتينات .

تتضمن عملية تطبيق التجعيد الدائم للشعر كسر وإعادة تكوين روابط ثنائي الكبريتيد. عادةً ما يُستخدم مركب مركابتان، مثل ثيوغليكولات الأمونيوم، لكسر هذه الروابط. بعد ذلك، يُلف الشعر ثم يُعادِل. عادةً ما يكون المُعادِل محلولًا حمضيًا من بيروكسيد الهيدروجين، مما يؤدي إلى تكوين روابط ثنائي كبريتيد جديدة، وبالتالي تثبيت الشعر بشكل دائم في شكله الجديد.

يمكن علاج ضعف الكولاجين في القرنية، وهي حالة تُعرف باسم القرنية المخروطية ، بالربط المتقاطع السريري. [ 14 ] وفي السياق البيولوجي، قد يلعب الربط المتقاطع دورًا في تصلب الشرايين من خلال نواتج الغلكزة المتقدمة (AGEs)، والتي ثبت أنها تحفز الربط المتقاطع للكولاجين، مما قد يؤدي إلى تصلب الأوعية الدموية. [ 15 ]

بحث

يمكن أيضًا ربط البروتينات اصطناعيًا باستخدام روابط متقاطعة جزيئية صغيرة. وقد استُخدم هذا النهج لتوضيح تفاعلات البروتين-بروتين . [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] ترتبط الروابط المتقاطعة فقط ببقايا الأحماض الأمينية السطحية القريبة نسبيًا في الحالة الطبيعية . تشمل الروابط المتقاطعة الشائعة رابط ثنائي ميثيل سوبيريميدات الإيميدوإستر ، ورابط N-هيدروكسي سكسينيميد -إستر BS3، والفورمالديهايد . يحفز كل من هذه الروابط المتقاطعة هجومًا نيوكليوفيليًا على مجموعة الأمين في الليسين ، وما يتبعه من رابطة تساهمية عبر الرابط المتقاطع. يعمل رابط الكربوديميد EDC ، ذو الطول الصفري، عن طريق تحويل مجموعات الكربوكسيل إلى وسائط أيزويوريا متفاعلة مع الأمينات، والتي ترتبط ببقايا الليسين أو غيرها من الأمينات الأولية المتاحة. يُستخدم SMCC أو نظيره القابل للذوبان في الماء، Sulfo-SMCC، بشكل شائع لتحضير اقترانات الأجسام المضادة والهابتين لتطوير الأجسام المضادة.

إحدى طرق الربط المتقاطع في المختبر هي PICUP ( الربط المتقاطع المحفز ضوئيًا للبروتينات غير المعدلة ). [ 19 ] من الكواشف الشائعة بيرسلفات الأمونيوم (APS)، وهو مستقبل للإلكترونات، ومحسس ضوئي هو كاتيون ثلاثي ثنائي بيريديل روثينيوم (II) ( [ Ru(bpy) 3 ] 2+ ). [ 19 ] في الربط المتقاطع داخل الخلايا للمركبات البروتينية، تُزرع الخلايا مع نظائر الديازيرين الحساسة للضوء لليوسين والميثيونين ، والتي تُدمج في البروتينات. عند التعرض للأشعة فوق البنفسجية، تُنشط الديازيرينات وترتبط بالبروتينات المتفاعلة التي تقع على بُعد بضعة أنغسترومات من نظير الحمض الأميني الحساس للضوء (الربط المتقاطع بالأشعة فوق البنفسجية). [ 20 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ^ هانز زويفل. رالف د. ماير؛ مايكل شيلر (2009). دليل الإضافات البلاستيكية (الطبعة السادسة  ). ميونيخ: هانسر. ص.  746. ردمك 978-3-446-40801-2.
  2. ↑ جنت، آلان ن. (1 أبريل 2018). الهندسة باستخدام المطاط: كيفية تصميم مكونات مطاطية . هانسر. ISBN 978-1-56990-299-8تم الاطلاع عليه بتاريخ 1 أبريل 2018 – عبر كتب جوجل.
  3. ↑ فام، ها كيو؛ ماركس، موريس جيه (2012). "راتنجات الإيبوكسي". موسوعة أولمان للكيمياء الصناعية . doi : 10.1002/14356007.a09_547.pub2 . ISBN 978-3-527-30673-2.
  4. ↑ أبراهام، تي دبليو؛ هوفر، آر. (2012)، "وحدات بناء البوليمرات القائمة على الدهون والبوليمرات" ، علم البوليمرات: مرجع شامل ، إلسيفير، ص 15-58 ، doi : 10.1016/b978-0-444-53349-4.00253-3 ، ISBN  978-0-08-087862-1تم الاطلاع عليه بتاريخ 27 يونيو 2022
  5. ↑ هيشت، هاداس؛ سريبنيك، سيمشا (2016). "التوصيف البنيوي لألجينات الصوديوم وألجينات الكالسيوم". الجزيئات الحيوية الكبيرة . 17 (6): 2160-2167 . doi : 10.1021/acs.biomac.6b00378 . PMID 27177209 . 
  6. ↑ " تجارب: مادة لزجة من بوليمر PVA" . التعليم: إلهام التدريس والتعلم . الجمعية الملكية للكيمياء. 2016. تم الاطلاع عليه في 2 أبريل 2022. يمكن تحويل محلول كحول البولي فينيل (PVA) إلى مادة لزجة بإضافة محلول البوراكس، الذي يُنشئ روابط متقاطعة بين سلاسل البوليمر.
  7. ↑ كاساسا، إي زد؛ ساركيس، إيه إم؛ فان دايك، سي إتش (1986). "تجلط كحول البولي فينيل مع البوراكس: تجربة جديدة للمشاركة الصفية تتضمن تحضير وخصائص "المادة اللزجة"". مجلة التعليم الكيميائي . 63 (1): 57. Bibcode : 1986JChEd..63...57C . doi : 10.1021/ed063p57 .
  8. ↑ فلوري، بي جيه، "مبادئ كيمياء البوليمرات" (1953)
  9. ↑ "ASTM D2765 - 16 طرق الاختبار القياسية لتحديد محتوى الهلام ونسبة الانتفاخ في بلاستيك الإيثيلين المتشابك" . www.astm.org . تم الاطلاع عليه في 1 أبريل 2018 .
  10. ↑ "ASTM F2214 - 16 طريقة الاختبار القياسية لتحديد معلمات الشبكة في الموقع للبولي إيثيلين المتشابك ذي الوزن الجزيئي العالي جدًا (UHMWPE)" . www.astm.org . تم الاطلاع عليه في 1 أبريل 2018 .
  11. ↑ صديق، زاهد ح. (2003). "سيسبلاتين: آلية التأثير السام للخلايا والأساس الجزيئي للمقاومة" . أونكوجين . 22 (47): 7265-7279 . doi : 10.1038/sj.onc.1206933 . PMID 14576837. S2CID 4350565 .  
  12. ↑ نول، ديفيد م.؛ ماسون، ترايسي ماكجريجور؛ ميلر، بول س. (2006). "تكوين وإصلاح الروابط المتقاطعة بين خيوط الحمض النووي" . مراجعات كيميائية . 106 (2): 277-301 . doi : 10.1021/cr040478b . PMC 2505341. PMID 16464006 .  
  13. ↑ كريستو، جون ر.؛ دينينغ، رون ج.؛ إيفانز، ديفيد ج.؛ هوسون، ميكي ج.؛ جونز، ليزلي ن.؛ لامب، بيتر ر.؛ ميلينغتون، كيث ر.؛ فيليبس، ديفيد ج.؛ بيرلوت، أنتوني ب.؛ ريبون، جون أ.؛ راسل، إيان م. (2005). "الصوف". موسوعة كيرك-أوتمير للتكنولوجيا الكيميائية . doi : 10.1002/0471238961.2315151214012107.a01.pub2 . ISBN 978-0-471-48494-3.
  14. ↑ وولنساك جي، سبورل إي، سيلر تي. الربط المتقاطع للكولاجين المحفز بالريبوفلافين/الأشعة فوق البنفسجية أ لعلاج القرنية المخروطية. المجلة الأمريكية لطب العيون. مايو 2003؛ 135 (5): 620-7.
  15. ↑ براساد، أناند؛ بيكر، بيتر؛ تسيميكاس، سوتيريوس (2012-08-01). "منتجات الغلكزة المتقدمة وأمراض القلب والأوعية الدموية لدى مرضى السكري". مراجعة أمراض القلب . 20 (4): 177-183 . doi : 10.1097/CRD.0b013e318244e57c . ISSN 1538-4683 . PMID 22314141. S2CID 8471652 .   
  16. ↑ "بيرس بروتين بيولوجي - ثيرمو فيشر ساينتيفيك" . www.piercenet.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 1 أبريل 2018 .
  17. ↑ كو تشين؛ تشونمين دونغ؛ غوانغيو وو؛ نيفين أ. لامبرت (أغسطس 2011). "التجميع المسبق في الحالة غير النشطة لمستقبلات Gq المقترنة ومتغايرات Gq ثلاثية الوحدات" . مجلة Nature Chemical Biology . 7 (11): 740-747 . doi : 10.1038/nchembio.642 . PMC 3177959. PMID 21873996 .  
  18. ↑ ميزسي، ريكا؛ لي، شياولونغ؛ تشين، وان-نا؛ سزابو، مونيكا؛ وانغ، جيا-هواي؛ فاغنر، غيرهارد؛ رينهيرز، إليس ل.؛ ماليس، روبرت ج. (يناير 2021). "استراتيجية عامة للربط الكيميائي المتقاطع لتحليلات البنية للبروتينات ذات التفاعلات الضعيفة المطبقة على معقدات preTCR-pMHC" . مجلة الكيمياء البيولوجية . 296 100255. doi : 10.1016/j.jbc.2021.100255 . ISSN 0021-9258 . PMC 7948749. PMID 33837736 .   
  19. 1 2 فانسي، ديفيد أ.؛ كوداديك، توماس (25-05-1999). "الكيمياء لتحليل تفاعلات البروتين-بروتين: الربط المتقاطع السريع والفعال المُحفَّز بواسطة الضوء ذي الطول الموجي الطويل" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم . 96 (11): 6020-6024 . Bibcode : 1999PNAS...96.6020F . doi : 10.1073/pnas.96.11.6020 . ISSN 0027-8424 . PMC 26828. PMID 10339534 .   
  20. ↑ سوتشانيك، مونيكا؛ آنا رادزيكوفسكا؛ كريستوف ثيل (أبريل 2005). "يُتيح استخدام الليوسين الضوئي والميثيونين الضوئي تحديد تفاعلات البروتين-بروتين في الخلايا الحية" . Nature Methods . 2 (4): 261–268 . doi : 10.1038/nmeth752 . PMID 15782218 .