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-

HA + H2O ↔ A- + H3O+ BH + H2O ↔ BH+ + OH- TEORIA BRØNSTEDA i LAWRY’EGO Kwas 1 Zasada 2 Zasada 1 Kwas 2 BH + H2O ↔ BH+ + OH- Zasada 1 Kwas 2 Kwas 1 Zasada 2

ROZPUSZCZALNIKI Aprotyczne Protyczne CHCl3 H2O THF CH3OH, C2H5OH i-propanol Gliceryna CH3COOH TFA TCL CHCl3 THF CH2Cl2 DMF DMSO Heksan Benzen

H2O(c) + H2O(c) ↔ H3O+(aq) + OH-(aq) DYSOCJACJA WODY, SKALA pH H2O(c) + H2O(c) ↔ H3O+(aq) + OH-(aq)

INDYKATORY pH (fenoloftaleina) pH

INDYKATORY pH (oranż metylowy)

RÓWNANIE HENDERSONA-HASSELBALCHA

Miareczkowanie mocnego kwasu mocną zasadą Miareczkowanie mocnego kwasu mocną zasadą + Miareczkowanie słabego

Miareczkowanie mocnej zasady mocnym kwasem + Miareczkowanie słabej 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 OH- H+ HEPES OH- H+ OH- TRIS

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) pKa1 = 2,3 pKa2 = 9,6 logβHA = 9,6 logβH2A = 11,9 H2A+

Glicyna (Gly) Punkt izelektryczny H2A+ HA A- pKa1 pKa2

Histydyna (His) pKa1 = 1,8 pKa2 = 6,0 pKa3 = 9,2 logβHA = 9,2

Histydyna (His) A- H3A2+ Punkt izolektryczny HA H2A+ pKa1 pKa2 pKa3

Kwas glutaminowy (Glu) pKa1 = 2,1 pKa2 = 4.2 pKa3 = 9.6 logβHA = 9,9

Kwas glutaminowy (Glu) H3A+ Punkt izoelektryczny H2A HA- pKa1 pKa2 pKa3

Lizyna (Lys) pKa1 = 2,1 pKa2 = 9,1 pKa3 = 10,8 logβHA = 10,8

Lizyna (Lys) H3A2+ Punkt izoelektryczny A- HA H2A+ pKa1 pKa2 pKa3

+ - 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 + -

Punkt izoelektryczny (pI) Lys, Arg Asp, Glu

Albumina ludzka (HSA) (585 aa) pI = 5,2 Punkt izoelektryczny DAHKSEVAHR FKDLGEENFK ALVLIAFAQY LQQCPFEDHV KLVNEVTEFA KTCVADESAE NCDKSLHTLF GDKLCTVATL RETYGEMADC CAKQEPERNE CFLQHKDDNP NLPRLVRPEV DVMCTAFHDN EETFLKKYLY EIARRHPYFY APELLFFAKR YKAAFTECCQ AADKAACLLP KLDELRDEGK ASSAKQRLKC ASLQKFGERA FKAWAVARLS QRFPKAEFAE VSKLVTDLTK VHTECCHGDL LECADDRADL AKYICENQDS ISSKLKECCE KPLLEKSHCI AEVENDEMPA DLPSLAADFV ESKDVCKNYA EAKDVFLGMF LYEYARRHPD YSVVLLLRLA KTYETTLEKC CAAADPHECY AKVFDEFKPL VEEPQNLIKQ NCELFEQLGE YKFQNALLVR YTKKVPQVST PTLVEVSRNL GKVGSKCCKH PEAKRMPCAE DYLSVVLNQL CVLHEKTPVS DRVTKCCTES LVNRRPCFSA LEVDETYVPK EFNAETFTFH ADICTLSEKE RQIKKQTALV ELVKHKPKAT KEQLKAVMDD FAAFVEKCCK ADDKETCFAE EGKKLVAASQ AALGL Punkt izoelektryczny pI = 5,2

Histon ludzki H2A1 (130 aa) pI = 11,3 Punkt izoelektryczny MSGRGKQGGK ARAKAKTRSS RAGLQFPVGR VHRLLRKGNY AERVGAGAPV YLAAVLEYLT AEILELAGNA ARDNKKTRII PRHLQLAIRN DEELNKLLGK VTIAQGGVLP NIQAVLLPKK TESHHKAKGK Punkt izoelektryczny pI = 11,3

Chromatografia jonowymienna (anionity i kationity)

Chromatografia jonowymienna

Chromatografia jonowymienna Protein A – białko naładowane dodatnio Protein B – białko naładowane ujemnie

oddziaływanie biomolekuł 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.

oddziaływanie biomolekuł 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)

oddziaływanie biomolekuł Oddziaływanie Rozpoznawanie komórka-komórka Asocjacja in vivo, oddziaływanie biomolekuł Oddziaływanie Kd (M) Rozpoznawanie komórka-komórka 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): A + B ↔ AB Stała dysocjacji: AB ↔ A + B Związek pomiędzy stałą asocjacji i dysocjacji: [M] Wyższe powinowactwo, niższa wartość Kd

Miareczkowanie UV-Vis Spectrophotometric heme titration of apohemoglobin. Plots show the increase in absorbance in the Soret region of a sample of apohemoglobin (5 μM) in 0.05 M potassium phosphate buffer, pH 7.0, at 10°C upon incorporation of CN-hemin (0 → 50%, dotted line; 50 → 100%, dashed line; beyond 100%, solid line). Top panel, CN-protohemin. The arrows denote a 5 ± 0.5 nm spectral shift of the λmax from 425.5 to 420.5 nm until half-saturation of the apohemoglobin dimer with heme. Bottom panel, CN-deuterohemin. No spectral shift during the course of the titration occurred, and a constant λmax at 409.5 nm was maintained. Insets revealed that an end point was achieved when one equivalent heme is bound per apohemoglobin monomer. The titrations were carried out in a Cary 2200 spectrophotometer, and data acquisition was accomplished by Lab Calc Software (Galactic).

Miareczkowanie UV-Vis

Miareczkowanie UV-Vis (widma różnicowe)

Miareczkowanie UV-Vis (widma różnicowe) Titration of the heme-CLT (A) and heme-CQ (B) interaction.Differential spectral titration of drugs with heme proceeded as described under “Experimental Procedures.” Concentration of CLT (A) was increased from 0 μm to 105.6 μm in 6.6 μm increments, and concentration of CQ (B) was increased from 0 μm to 36 μm in increments of 4 μm. Arrowsindicate the effect of increasing the concentration of CLT and CQ.

Miareczkowanie UV-Vis (punkt izosbestyczny)

Spectrophotometric equilibrium binding titration of P450 3A4 with ketoconazole. Spectrophotometric equilibrium binding titration of P450 3A4 with ketoconazole. A, difference spectra obtained upon titration of P450 3A4 (1 μm) with a solution of ketoconazole (dissolved in CH3OH). Arrows show the shifts seen with increasing concentrations (0-3 μm). B, plot of ΔA429-A392 versus ketoconazole concentration, fit to a Hill equation (ΔA = Bmax[L]n/(Kns + [L]n)) with Ks (S50) = 0.5 μm and n = 1.4. The fit to a quadratic equation is shown for comparison (dotted line). C, plot of ΔA430-A392 versus clotrimazole concentration, fit to a quadratic equation with Ks = 0.03 μm. D, plot of ΔA426-A395 versus itraconazole concentration, a quadratic equation with Ks = 0.2 μm. In parts C and D, asymptotes to the data points obtained with lower and higher concentrations are included, with intersections at a ratio of ∼1:1 ligand per P450 in both cases. Isin E M , Guengerich F P J. Biol. Chem. 2007;282:6863-6874 ©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.) [A], mM

Postęp reakcji asocjacji- stała dysocjacji Kd = 43 M = 4.3×10-5 M

Postęp reakcji asocjacji – równanie Hilla d1, d2 – intensywności dwóch różnych stanów n – współczynnik Hilla

Postęp reakcji asocjacji – równanie Hilla

Iloczyn rozpuszczalności