Как рассчитать или узнать экспериментально энтропию ферментов или белка?

На практике, как и при расчетах энергии, энтропия является относительным числом, и его трудно получить. Вычислительная химия и биология работали над этой проблемой с переменным успехом. Резюме того, что я собираюсь сказать здесь, заключается в том, что когда вы пытаетесь рассчитать разницу в энтропии (или энергии, если уж на то пошло), различия свободной энергии Гиббса в большинстве биологических процессов, таких как связывание фермента/субстрата, белок/белок или взаимодействие белок/ДНК или сворачивание белка и т. д. настолько малы по сравнению с ошибками в этих вычислениях, что в эти расчеты трудно поверить .

В конечном счете, энтропия - это термин, который можно использовать при расчете свободной энергии Гибба , который покажет, произойдет ли данный химический или молекулярный процесс. Так что это ценный номер. Свободная энергия Гиббса (G) равна энтальпии (тепло) минус температура (T), умноженная на изменение энтропии.

Г = Н - Т$\Delta$С

Энтропийный термин ,$\Delta$S описывается в химических системах часто как изменение комбинаторного изменения системы и изменение теплоемкости системы. Первый из них можно в общих чертах охарактеризовать как термин «смешение». Когда более одного растворителя или растворитель и растворенное вещество полностью диффундируют друг в друга, количество возможных состояний максимально.

Теплоемкость системы чаще всего находится в центре внимания расчетов энтропии для белков и биологических молекул. Это связано с тем, что считается, что конформации биологических молекул, особенно то, насколько свободно они могут перемещаться , вносят вклад в энтропийную часть G.

Поэтому были предприняты попытки оценить с помощью ЯМР и кристаллографии, а также молекулярной динамики, сколько доменов и боковых цепей могут свободно перемещаться. К сожалению, это всего лишь недостаточный показатель биологической энтропии. Существенный, если не доминирующий вклад в T$\Delta$Термин S происходит от растворителя .

Как это так? Молекулы воды образуют структуры вокруг белков, которые не являются статичными, но в среднем включают много молекул воды, находящихся там, чтобы увидеть их в кристаллических структурах и экспериментах ЯМР. Хотя отдельные воды быстро обмениваются, они не находятся в том же энтропийном состоянии в водном растворе, в котором они находятся, когда они образуют гидратную оболочку вокруг ароматической или заряженной боковой цепи.

Были предприняты попытки параметризовать энтропию растворителя, глядя на скрытую неполярную поверхность в свернутом белке, глядя на подвижность боковых цепей до и после сворачивания/связывания, но эти показатели, по-видимому, зависят от конфигурации до такой степени, что они не могут рассчитать энтропию белка с помощью этих усилий, по крайней мере, до сих пор.

Обычно молекулярная динамика пытается вычислить это, окружая белки или другие молекулы молекулами воды, и для всей системы рассчитывается некоторое приближение общей энтропии. Оказывается, что небольшие различия между молекулярными моделями воды и упрощениями в моделях воды с потенциалом шара и стержня/Гука, которые мы делаем, также являются проблематичными приближениями, когда в моделировании участвуют сотни или тысячи молекул воды.