疎水性相互作用（Hydrophobic Interaction）

疎水性相互作用（Hydrophobic Interaction）とは、水のような極性溶媒中で疎水性（親油性）の分子や分子部分が互いに集まり、水との接触面積を最小化する現象を示す。

疎水性相互作用の原理

• 水は極性分子であり、水分子同士で水素結合を形成する。
• 疎水性分子（例: 炭化水素鎖）は極性を持たず、水分子と水素結合を形成できない。そのため、疎水性分子が水中に存在すると、水分子は疎水性分子の周囲で秩序を高めた構造を形成する。
• 水との接触を減らすことでエネルギー的に安定な状態を作るため、疎水性分子や分子部分は集まり、水との接触面積を最小限に使用とする。
• この集まりの結果として、疎水性相互作用が働く。

疎水性相互作用の具体例

1. 生体膜の形成
   生体膜は、リン脂質分子の疎水性部分（脂肪酸鎖）が互いに向き合い、親水性部分（リン酸基）が水に向いた二重層構造を形成する。この構造は疎水性相互作用によって安定化される。
2. タンパク質の立体構造
   タンパク質の疎水性アミノ酸残基は、水との接触を避けるために分子の内側に配置され、親水性残基は外側に配置される。これにより、タンパク質の三次構造が形成される。
3. ミセルの形成
   界面活性剤分子が水中で疎水性部分（炭化水素鎖）を内側に、親水性部分を外側に向けた球状の構造（ミセル）を形成する。
4. 油と水の分離
   油分子は疎水性であるため、水との混合を避け、互いに集まって分離する。この現象も疎水性相互作用に基づく。

疎水性相互作用の重要性

1. 生物学的機能
   • 細胞膜の構造と機能の維持。
   • タンパク質の正しい折りたたみと機能発現。
   • 酵素と基質の結合や分子認識。
2. 材料科学や化学
   • 界面活性剤やエマルションの安定性。
3. 分子の溶解性や集合
   疎水性分子の溶解性や集合状態は、疎水性相互作用の影響を受ける。

疎水性相互作用のエネルギー的視点

• 疎水性相互作用は、主にエントロピーの増加によってエネルギー的に安定化される。
• 疎水性分子が集まることで、水分子が再び自由に動けるようになり、系全体のエントロピーが増加する。
• このエネルギー的な効果が、疎水性分子同士の集まりを促進する。