Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено из константы диссоциации )
Перейти к навигации Перейти к поиску

В химии , биохимии и фармакологии , А константа диссоциации ( ) представляет собой тип специфика равновесной константы , что измеряет склонность более крупного объекта к отдельной (диссоциируют) обратимо на более мелкие компоненты, например , когда комплекс распадается на составляющие его молекулы , или когда соль распадается на составляющие ионы . Константа диссоциации является обратной от константы ассоциации . В частном случае солей константу диссоциации можно также назвать константой ионизации . [1][2] Для общей реакции:

в котором комплекс распадается на субъединицы x A и субъединицы y B, константа диссоциации определяется

где [A], [B] и [A x B y ] - равновесные концентрации A, B и комплекса A x B y , соответственно.

Одна из причин популярности константы диссоциации в биохимии и фармакологии заключается в том, что в часто встречающемся случае, когда x = y = 1, K d имеет простую физическую интерпретацию: когда , тогда или эквивалентно . То есть K D , имеющий размеры концентрации, равен концентрации свободного A, при которой половина всех молекул B связана с A. Эта простая интерпретация не применима для более высоких значений x или y. Это также предполагает отсутствие конкурирующих реакций, хотя вывод может быть расширен, чтобы явно учитывать и описывать конкурентное связывание. [ необходима цитата ] Это полезно в качестве быстрого описания связывания вещества таким же образом, что иEC50 и IC50 описывают биологическую активность веществ.

Концентрация связанных молекул [ править ]

Молекулы с одним сайтом связывания [ править ]

Экспериментально концентрацию комплекса молекул [AB] получают косвенно из измерения концентрации свободных молекул, либо [A], либо [B]. [3] В принципе, общие количества молекул [A] 0 и [B] 0, добавленных в реакцию, известны. Они разделяются на свободные и связанные компоненты согласно принципу сохранения массы:

Чтобы отследить концентрацию комплекса [AB], нужно подставить концентрацию свободных молекул ([A] или [B]) в соответствующих уравнениях сохранения на определение константы диссоциации,

Это дает концентрацию комплекса, связанную с концентрацией любой из свободных молекул.

Макромолекулы с идентичными независимыми сайтами связывания [ править ]

Многие биологические белки и ферменты могут иметь более одного сайта связывания. [3] Обычно, когда лиганд L связывается с макромолекулой M , он может влиять на кинетику связывания других лигандов L, связывающихся с макромолекулой. Можно сформулировать упрощенный механизм, если сродство всех сайтов связывания можно считать независимым от числа лигандов, связанных с макромолекулой. Это справедливо для макромолекул, состоящих из более чем одной, в основном идентичных субъединиц. Затем можно предположить, что каждая из этих n субъединиц идентична, симметрична и имеет только один единственный сайт связывания. Тогда концентрация связанных лигандов становится равной

В данном случае, но включает все частично насыщенные формы макромолекулы:

где насыщение происходит ступенчато

Для вывода общего уравнения связывания функция насыщения определяется как отношение доли связанного лиганда к общему количеству макромолекулы:

Даже если все микроскопические константы диссоциации [ необходимо пояснение ] идентичны, они отличаются от макроскопических, и существуют различия между каждым этапом связывания. [ требуется пояснение ] Общая взаимосвязь между обоими типами констант диссоциации для n сайтов связывания:

Следовательно, отношение связанного лиганда к макромолекулам становится

где - биномиальный коэффициент . Затем первое уравнение доказывается применением правила бинома

Связывание белок-лиганд [ править ]

Константа диссоциации обычно используется для описания сродства между лигандом (таким как лекарство ) и белком ; т.е. насколько прочно лиганд связывается с конкретным белком. На сродство лиганд-белок влияют нековалентные межмолекулярные взаимодействия между двумя молекулами, такие как водородные связи , электростатические взаимодействия , гидрофобные и ван-дер-ваальсовы силы . [4] На аффинность также могут влиять высокие концентрации других макромолекул, что вызывает скопление макромолекул . [5] [6]

Образование комплекса лиганд-белок можно описать двухступенчатым процессом.

соответствующая константа диссоциации определяется

где и представляют собой молярные концентрации белка, лиганда и комплекса соответственно.

Константа диссоциации имеет молярные единицы (M) и соответствует концентрации лиганда, при которой половина белков занята в равновесии, [7] то есть концентрации лиганда, при которой концентрация белка со связанным лигандом равна концентрации белка с лиганд не связан . Чем меньше константа диссоциации, тем более прочно связан лиганд или тем выше сродство между лигандом и белком. Например, лиганд с наномолярной (нМ) константой диссоциации более плотно связывается с конкретным белком, чем лиганд с микромолярной (мкМ) константой диссоциации.

Константы субпикомолярной диссоциации в результате нековалентных связывающих взаимодействий между двумя молекулами встречаются редко. [8] Тем не менее, есть несколько важных исключений. Биотин и авидин связываются с константой диссоциации примерно 10 -15 М = 1 фМ = 0,000001 нМ. [9] Белки-ингибиторы рибонуклеазы также могут связываться с рибонуклеазой с аналогичной аффинностью 10-15 М. [10] Константа диссоциации для конкретного взаимодействия лиганд-белок может значительно изменяться в зависимости от условий раствора (например, температуры , pHи концентрация соли). Эффект различных условий раствора заключается в том, чтобы эффективно изменять силу любых межмолекулярных взаимодействий, удерживающих вместе определенный комплекс лиганд-белок.

Лекарства могут вызывать вредные побочные эффекты из-за взаимодействия с белками, для которых они не предназначены или не предназначены для взаимодействия. Поэтому большая часть фармацевтических исследований направлена ​​на разработку лекарств, которые связываются только со своими белками-мишенями (отрицательный дизайн) с высоким сродством (обычно 0,1-10 нМ), или на улучшение сродства между конкретным лекарством и его белковой мишенью in vivo (положительный дизайн). ).

Антитела [ править ]

В конкретном случае связывания антител (Ab) с антигеном (Ag) обычно термин константа аффинности относится к константе ассоциации.

Это химическое равновесие также является отношением постоянных скорости (k вперед ) или (k a ) и скорости выхода (k back ) или (k d ). Два антитела могут иметь одинаковую аффинность, но одно может иметь высокую константу скорости включения и выключения, а другое может иметь низкую константу скорости включения и выключения.

Кислотно-основные реакции [ править ]

Для депротонирования из кислот , К известна как K а , в кислотной константы диссоциации . Более сильные кислоты, например серная или фосфорная кислота , имеют более высокие константы диссоциации; более слабые кислоты, такие как уксусная , имеют меньшие константы диссоциации.

(Символ , используемый для константы диссоциации кислоты, может привести к путанице с константой ассоциации, и может потребоваться увидеть реакцию или выражение равновесия, чтобы узнать, что имеется в виду.)

Константы кислотной диссоциации иногда выражаются как:

Эта нотация также встречается в других контекстах; он в основном используется для ковалентной диссоциации (т. е. реакций, в которых образуются или разрываются химические связи), поскольку такие константы диссоциации могут сильно различаться.

Молекула может иметь несколько констант диссоциации кислоты. В связи с этим, то есть в зависимости от количества протонов, от которых они могут отказаться, мы определяем монопротонные , дипротонные и трипротонные кислоты . Первая (например, уксусная кислота или аммоний ) имеет только одну диссоциируемую группу, вторая ( угольная кислота , бикарбонат , глицин ) имеет две диссоциируемые группы, а третья (например, фосфорная кислота) имеет три диссоциируемые группы. В случае нескольких значений p K они обозначаются индексами: p K 1 , p K 2 , p K 3.и так далее. Для аминокислот константа p K 1 относится к ее карбоксильной (-COOH) группе, p K 2 относится к ее аминогруппе (-NH 2 ), а p K 3 представляет собой значение p K ее боковой цепи .

Константа диссоциации воды [ править ]

Константа диссоциации воды обозначается K w :

Концентрация воды опущена по соглашению, что означает, что значение K w отличается от значения K eq, которое было бы вычислено с использованием этой концентрации.

Значение K w зависит от температуры, как показано в таблице ниже. Это изменение необходимо учитывать при точных измерениях таких величин, как pH.

См. Также [ править ]

  • Кислота
  • Константа равновесия
  • K i База данных
  • Конкурентное торможение
  • pH
  • Сюжет Скэтчарда
  • Связывание лиганда
  • Жадность

Ссылки [ править ]

  1. ^ "Постоянная диссоциации" . Химия LibreTexts . 2015-08-09 . Проверено 26 октября 2020 .
  2. ^ Учебник по биоаналитической химии Де Грюйтер 2021 https://doi.org/10.1515/9783110589160-206
  3. ^ a b Биссвангер, Ганс (2008). Кинетика ферментов: принципы и методы (PDF) . Вайнхайм: Wiley-VCH. п. 302. ISBN.  978-3-527-31957-2.
  4. ^ Srinivasan, Бхарат (2020-09-27). «Совет: обучение кинетике ферментов» . Журнал FEBS . DOI : 10.1111 / febs.15537 . ISSN 1742-464X . 
  5. ^ Чжоу, H .; Rivas, G .; Минтон, А. (2008). «Макромолекулярное скопление и ограничение: биохимические, биофизические и потенциальные физиологические последствия» . Ежегодный обзор биофизики . 37 : 375–397. DOI : 10.1146 / annurev.biophys.37.032807.125817 . PMC 2826134 . PMID 18573087 .  
  6. ^ Минтон, AP (2001). «Влияние макромолекулярного скопления и макромолекулярного ограничения на биохимические реакции в физиологических средах» (PDF) . Журнал биологической химии . 276 (14): 10577–10580. DOI : 10.1074 / jbc.R100005200 . PMID 11279227 .  
  7. ^ Björkelund, Ханна; Гедда, Ларс; Андерссон, Карл (31 января 2011 г.). «Сравнение взаимодействия эпидермального фактора роста с четырьмя различными клеточными линиями: интригующие эффекты предполагают сильную зависимость от клеточного контекста» . PLOS ONE . 6 (1): e16536. Bibcode : 2011PLoSO ... 616536B . DOI : 10.1371 / journal.pone.0016536 . ISSN 1932-6203 . PMC 3031572 .  
  8. ^ Srinivasan, Бхарат (2020-10-08). «Явное лечение не Михаэлиса-Ментен и атипичной кинетики в раннем открытии лекарств» . dx.doi.org . Проверено 2 марта 2021 .
  9. ^ Livnah, О .; Bayer, E .; Вильчек, М .; Суссман, Дж. (1993). «Трехмерные структуры авидина и авидин-биотинового комплекса» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 90 (11): 5076–5080. Bibcode : 1993PNAS ... 90.5076L . DOI : 10.1073 / pnas.90.11.5076 . PMC 46657 . PMID 8506353 .  
  10. ^ Johnson, R .; Mccoy, J .; Bingman, C .; Phillips Gn, J .; Рейнс, Р. (2007). «Ингибирование рибонуклеазы поджелудочной железы человека белком ингибитора рибонуклеазы человека» . Журнал молекулярной биологии . 368 (2): 434–449. DOI : 10.1016 / j.jmb.2007.02.005 . PMC 1993901 . PMID 17350650 .  
  11. ^ Бандура, Андрей В .; Львов, Сергей Н. (2006). «Константа ионизации воды в широком диапазоне температур и плотности» (PDF) . Журнал физических и химических справочных данных . 35 (1): 15–30. Bibcode : 2006JPCRD..35 ... 15В . DOI : 10.1063 / 1.1928231 .