Transcript Slajd 1
Równowagi chemiczne TEORIA BRØNSTEDA i LAWRY’EGO Teoria powstała w 1923 roku. kwasem Brønsteda, HA, jest donor protonu HA ↔ A- + H+ HA+ ↔ A + H+, HA2+ ↔ A+ + H+ … HA- ↔ A2- + H+, HA2- ↔ A3- + H+ … zasadą Brønsteda, B, jest akceptor protonu B + H+ ↔ BH+ B+ + H+ ↔ BH2+, B2+ + H+ ↔ BH3+ B- + H+ ↔ BH, B2- + H+ ↔ BH- TEORIA BRØNSTEDA i LAWRY’EGO HA + H2O ↔ A- + H3O+ Kwas 1 Zasada 2 Zasada 1 Kwas 2 BH + H2O ↔ BH+ + OHZasada 1 Kwas 2 Kwas 1 Zasada 2 ROZPUSZCZALNIKI Protyczne H2O CH3OH, C2H5OH i-propanol Gliceryna CH3COOH TFA TCL Aprotyczne CHCl3 THF CH2Cl2 DMF DMSO Heksan Benzen DYSOCJACJA WODY, SKALA pH H2O(c) + H2O(c) ↔ H3O+(aq) + OH-(aq) K w aH O aOH c H O c OH 1,0 10 3 14 3 pK w 14,00 pH pOH pH pK w pOH 14 - pOH pOH pK w pH 14 - pH INDYKATORY pH (fenoloftaleina) pH INDYKATORY pH (oranż metylowy) RÓWNANIE HENDERSONA-HASSELBALCHA [A ] pH pK a log [HA] [BH ] pOH pK b log [B] Miareczkowanie mocnego kwasu mocną zasadą Miareczkowanie mocnego kwasu mocną zasadą + Miareczkowanie słabego kwasu mocną zasadą Miareczkowanie mocnej zasady mocnym kwasem + Miareczkowanie słabej zasady mocnym kwasem Miareczkowanie słabej zasady słabym kwasem Miareczkowanie kwasów o różnej mocy mocną zasadą (porównanie) Miareczkowanie kwasów o różnej mocy mocną zasadą (porównanie) Miareczkowanie mocnego kwasu o różnym stężeniu mocną zasadą (porównanie) Bufory używane w badaniach biologicznych (wybrane) Bufory używane w badaniach biologicznych (wybrane) H+ MES O NH+ O N SO3- SO3- OH- HO HO H+ N NH+ N N HEPES SO3- SO3- OH- HO HO H+ HO HO HO TRIS NH2 OH- HO NH3+ pH - metry pH – metry – charakterystyka elektrody pH – metry - kalibracja Wartości pKa grup funkcyjnych aminokwasów o właściwościach kwasowo-zasadowych (białka) -karboksyl (C-końcowa grupa peptydów oraz białek) ~2.8 - 4.0 Asp, Glu (wewnątrzłańcuchowe grupy karboksylowe) ~3.3 – 5.0 His (imidazol) ~6.0 - 7.4 Cys (tiol, SH) ~8.5 - 9.2 Tyr (fenylowy OH) ~9.5 - 10.5 -aminowa (N-początkowa grupa aminowa) ~8.0 - 9.9 Lys (-amino) ~9.8 - 10.4 Arg (guanidynowa) ~12.0 - 12.8 Glicyna (Gly) H2A+ HA A- pKa1 = 2,3 pKa2 = 9,6 logβHA = 9,6 logβH2A = 11,9 Glicyna (Gly) 1.0 HA 0.8 Ulamek molowy Punkt izelektryczny H2A+ A- 0.6 pKa1 pKa2 0.4 0.2 0.0 2 4 6 8 pH 10 12 H3A2+ H2A+ HA A- Histydyna (His) pKa1 = 1,8 pKa2 = 6,0 pKa3 = 9,2 logβHA = 9,2 logβH2A = 15,2 logβH3A = 17,0 Histydyna (His) A- H3A2+ Punkt izolektryczny 1.0 HA H2A+ Ulamek molowy 0.8 0.6 pKa1 pKa2 pKa3 0.4 0.2 0.0 0 2 4 6 pH 8 10 12 Kwas glutaminowy (Glu) pKa1 = 2,1 pKa2 = 4.2 pKa3 = 9.6 logβHA = 9,9 logβH2A = 13,8 logβH3A = 15,9 Kwas glutaminowy (Glu) H3A+ A2Punkt izoelektryczny 1.0 H2A Ulamek molowy 0.8 HA- 0.6 pKa1 pKa3 pKa2 0.4 0.2 0.0 0 2 4 6 pH 8 10 12 Lizyna (Lys) pKa1 = 2,1 pKa2 = 9,1 pKa3 = 10,8 logβHA = 10,8 logβH2A = 19,9 logβH3A = 22,0 Lizyna (Lys) H3A2+ Punkt izoelektryczny A1.0 HA Ulamek molowy 0.8 H2A+ 0.6 pKa1 pKa2 pKa3 0.4 0.2 0.0 0 2 4 6 pH 8 10 12 Punkt izoelektryczny (pI) pI = pH izoelektryczne = punkt izoelektryczny = wartość pH, przy którym sumaryczny ładunek molekuły o właściowościach kwasowo-zasadowych wynosi ZERO. Jeżeli pH < pI to sumaryczny ładunek molekuły jest dodatni Jeżeli pH > pI to sumaryczny ładunek molekuły jest ujemny + 0 - Punkt izoelektryczny (pI) Lys, Arg Asp, Glu Albumina ludzka (HSA) (585 aa) DAHKSEVAHR LQQCPFEDHV NCDKSLHTLF CAKQEPERNE DVMCTAFHDN APELLFFAKR KLDELRDEGK FKAWAVARLS VHTECCHGDL ISSKLKECCE DLPSLAADFV LYEYARRHPD CAAADPHECY NCELFEQLGE PTLVEVSRNL DYLSVVLNQL LVNRRPCFSA ADICTLSEKE KEQLKAVMDD EGKKLVAASQ FKDLGEENFK KLVNEVTEFA GDKLCTVATL CFLQHKDDNP EETFLKKYLY YKAAFTECCQ ASSAKQRLKC QRFPKAEFAE LECADDRADL KPLLEKSHCI ESKDVCKNYA YSVVLLLRLA AKVFDEFKPL YKFQNALLVR GKVGSKCCKH CVLHEKTPVS LEVDETYVPK RQIKKQTALV FAAFVEKCCK AALGL ALVLIAFAQY KTCVADESAE RETYGEMADC NLPRLVRPEV EIARRHPYFY AADKAACLLP ASLQKFGERA VSKLVTDLTK AKYICENQDS AEVENDEMPA EAKDVFLGMF KTYETTLEKC VEEPQNLIKQ YTKKVPQVST PEAKRMPCAE DRVTKCCTES EFNAETFTFH ELVKHKPKAT ADDKETCFAE Punkt izoelektryczny pI = 5,2 Histon ludzki H2A1 (130 aa) MSGRGKQGGK RAGLQFPVGR AERVGAGAPV AEILELAGNA PRHLQLAIRN VTIAQGGVLP TESHHKAKGK ARAKAKTRSS VHRLLRKGNY YLAAVLEYLT ARDNKKTRII DEELNKLLGK NIQAVLLPKK Punkt izoelektryczny pI = 11,3 Chromatografia jonowymienna (anionity i kationity) Chromatografia jonowymienna Chromatografia jonowymienna Protein A – białko naładowane dodatnio Protein B – białko naładowane ujemnie Asocjacja in vivo, oddziaływanie biomolekuł Hormon, insulina odgrywa bardzo wiele funkcji w organizmach regulując procesy fizjologiczne. Regulacja ta zachodzi poprzez bezpośrednie oddziaływanie z innymi makromolekułami (najczęściej receptorami zawartymi w błonie komórkowej), wywołując kaskadę kolejnych procesów. • w komórkach mięśniowych wywołuje wzrost metabolizmu glukozy; • w fibroblastach insulina działa jako czynnik wzrostu; • w komórkach wątrobowych insulina aktywność enzymów odpowiadających za syntezę glikogenu. Asocjacja in vivo, oddziaływanie biomolekuł Palce cynkowe – regulujące domeny białkowe, Oddziaływujące z DNA, RNA lipidami oraz innymi białkami Oddziaływanie regulujące => proces odwracalny (stała oddziaływania, asocjacji średnia lub umiarkowanie silna) Oddziaływanie strukturyzujące => proces zazwyczaj nieodwracalny (stała oddziaływania, asocjacji bardzo silna) Asocjacja in vivo, oddziaływanie biomolekuł Oddziaływanie Kd (M) Rozpoznawanie komórkakomórka 10-5-10-4 Przeciwciało/antygen 10-8 Cytokina/receptor 10-9 Enzym/inhibitor (Trypsyna/BPTI) 10-13 Pomiary stałej asocjacji/dysocjacji przy stałym pH (stałe warunkowe, kondycyjne) Stała asocjacji (wiązania, trwałości): [AB] A + B ↔ AB Ka [A][B] Stała dysocjacji: [A][B] AB ↔ A + B Kd [AB] Związek pomiędzy stałą asocjacji i dysocjacji: 1 1 1 1 Kd Ka [M] M Ka K d M Wyższe powinowactwo, niższa wartość Kd Miareczkowanie UV-Vis Miareczkowanie UV-Vis Miareczkowanie UV-Vis (widma różnicowe) Miareczkowanie UV-Vis (widma różnicowe) Miareczkowanie UV-Vis (punkt izosbestyczny) Spectrophotometric equilibrium binding titration of P450 3A4 with ketoconazole. Isin E M , Guengerich F P J. Biol. Chem. 2007;282:68636874 ©2007 by American Society for Biochemistry and Molecular Biology Miareczkowanie CD Miareczkowanie UV-Vis i CD Pomiar szybkości reakcji, a jej postęp Miareczkowanie ITC Miareczkowanie NMR Postęp reakcji asocjacji- stała dysocjacji Postęp reakcji asocjacji- stała dysocjacji Kompleks (a. u.) Kd [A][B] [AB] B (1) c B AB AB max AB (2) Podstawien ie (2) do (1) z przestawie niem : [A], mM [AB] lub A Komplexmax Kompleks A K D A AB max A K D AKompleksmax Kompleks A K D 14 14 12 12 10 10 Intensywnosc Intensywnosc Postęp reakcji asocjacji- stała dysocjacji 8 6 4 2 8 6 4 2 0 0 0 50 100 150 200 1 [A] [mM] 10 [A] [mM] Kd = 43 mM = 4.3×10-5 M 100 Postęp reakcji asocjacji – równanie Hilla 14 12 Intensywnosc 10 8 6 4 2 0 3.5 4.0 4.5 -log[A] 5.0 5.5 6.0 (pA) xn K an d 2 n y d1 n n n x K x Ka d1, d2 – intensywności dwóch różnych stanów n – współczynnik Hilla Postęp reakcji asocjacji – równanie Hilla n=4 n=3 14 n=2 12 Intensywnosc 10 8 6 4 n = 0,25 2 n = 0,5 n=1 0 3 4 5 pA 6 Iloczyn rozpuszczalności 57