Изотермическая калориметрия титрования

редактировать

Изотермическая титровальная калориметрия
Другие техники
Акроним	ITC
Классификация	Термический анализ
Производители	TA Instruments, Microcal / Malvern Instruments
Связанный	Изотермическая микрокалориметрия Дифференциальная сканирующая калориметрия

Изотермическая калориметрия титрования ( ITC) - это физический метод, используемый для определения термодинамических параметров взаимодействий в растворе. Чаще всего он используется для изучения связывания небольших молекул (например, лекарственных соединений) с более крупными макромолекулами ( белками, ДНК и т. Д.). Он состоит из двух ячеек, заключенных в адиабатическую рубашку. Исследуемые соединения помещаются в ячейку для образца, тогда как другая ячейка, эталонная ячейка, используется в качестве контроля и содержит буфер, в котором растворяется образец.

СОДЕРЖАНИЕ

1 Термодинамические измерения
2 Инструмент
3 Применение в открытии лекарств
4 См. Также
5 ссылки

Термодинамические измерения

Термограмма ITC

ITC - это количественный метод, который может определять сродство связывания (), изменения энтальпии () и стехиометрию связывания () взаимодействия между двумя или более молекулами в растворе. Из этих первоначальных измерений изменения свободной энергии Гиббса () и изменения энтропии () могут быть определены с помощью соотношения: ${\ displaystyle K_ {a}}$ $К_ {а}$ ${\ displaystyle \ Delta H}$ $\ Delta H$ ${\ displaystyle n}$ $п$ ${\ displaystyle \ Delta G}$ $\ Delta G$ ${\ displaystyle \ Delta S}$ $\ Delta S$

{\ Displaystyle \ Delta G = -RT \ ln {K_ {a}} = \ Delta HT \ Delta S}

{\ Displaystyle \ Delta G = -RT \ ln {K_ {a}} = \ Delta HT \ Delta S}

(где - газовая постоянная, а - абсолютная температура ). ${\ displaystyle R}$ $р$ ${\ displaystyle T}$ $Т$

Для точного измерения аффинности связывания кривая термограммы должна быть сигмоидальной. Профиль кривой определяется значением c, которое рассчитывается по формуле:

{\ displaystyle c = nK_ {a} M}

{\ displaystyle c = nK_ {a} M}

где есть стехиометрия связывания, является постоянным объединением и представляет собой концентрацию молекулы в клетке. ${\ displaystyle n}$ $п$ ${\ displaystyle K_ {a}}$ $К_ {а}$ ${\ displaystyle M}$ $M$

Инструмент

Схема прибора ITC

Калориметр для изотермического титрования состоит из двух идентичных ячеек, изготовленных из высокоэффективного теплопроводящего и химически инертного материала, такого как сплав Хастеллой или золота, окруженных адиабатической рубашкой. Чувствительные схемы термобатареи / термопары используются для обнаружения разницы температур между эталонной ячейкой (заполненной буфером или водой) и ячейкой для образца, содержащей макромолекулу. Перед добавлением лиганда к контрольной ячейке прикладывают постоянную мощность (lt;1 мВт). Это управляет цепью обратной связи, активируя нагреватель, расположенный на ячейке с образцом. Во время эксперимента лиганд титруется в ячейку с образцом точно известными аликвотами, вызывая либо поглощение, либо выделение тепла (в зависимости от характера реакции). Измерения состоят из зависящей от времени подводимой мощности, необходимой для поддержания одинаковых температур между ячейкой образца и контрольной ячейкой.

В экзотермической реакции температура в ячейке для образца увеличивается при добавлении лиганда. Это приводит к уменьшению мощности обратной связи к ячейке с образцом (помните: эталонная мощность подается на эталонную ячейку), чтобы поддерживать одинаковую температуру между двумя ячейками. В эндотермической реакции происходит обратное; цепь обратной связи увеличивает мощность, чтобы поддерживать постоянную температуру (изотермический / изотермический режим).

Наблюдения отображаются как мощность, необходимая для поддержания одинаковой температуры эталона и ячейки с образцом в зависимости от времени. В результате экспериментальные необработанные данные состоят из серии всплесков теплового потока (мощности), каждый из которых соответствует одной инъекции лиганда. Эти всплески / импульсы теплового потока интегрированы по времени, что дает общий теплообмен за один впрыск. Затем можно проанализировать характер этих тепловых эффектов как функцию молярного отношения [лиганд] / [макромолекула], чтобы получить термодинамические параметры изучаемого взаимодействия. Дегазация образцов часто необходима для получения хороших результатов измерений, так как наличие пузырьков газа в ячейке для образца приведет к появлению на графиках аномальных данных в записанных результатах. Весь эксперимент проходит под управлением компьютера.

Применение в открытии лекарств

ITC - один из новейших методов, используемых для определения аффинности связывания лигандов с белками. Обычно он используется в качестве метода вторичного скрининга при скрининге с высокой пропускной способностью. ITC особенно полезен, поскольку он дает не только сродство связывания, но также термодинамику связывания. Эта термодинамическая характеристика позволяет дополнительно оптимизировать соединения.

Смотрите также

использованная литература

^ Пирс, Майкл М.; Раман, CS; Налл, Барри Т. (1999). «Изотермическая титровальная калориметрия белок-белковых взаимодействий». Методы. 19 (2): 213–221. CiteSeerX 10.1.1.385.1426. DOI : 10,1006 / meth.1999.0852. PMID 10527727.
^ О'Брайен, Р., Лэдбери, Дж. Э. и Чоудри Б.З. (2000) Изотермическая титровальная калориметрия биомолекул. Глава 10 в Взаимодействие белок-лиганд: гидродинамика и калориметрия Под ред. Хардинг, С. Е. и Чоудри, Б. З., Oxford University Press. ISBN 0-19-963746-6
^ Руководство по эксплуатации VP-ITC (2001). Microcal Inc., Нортгемптон, Массачусетс. http://www.microcalorimetry.com
^ Desphande, T. Изотермическая калориметрия титрования (ITC): применение в открытии лекарств