Изотермическая калориметрия титрования - Isothermal titration calorimetry - Wikipedia

Изотермическая титровальная калориметрия

Акроним	ITC
Классификация	Термический анализ
Производители	Инструменты ТА, Инструменты Microcal / Malvern
Другие техники
Связанный	Изотермическая микрокалориметрия Дифференциальная сканирующая калориметрия

Изотермическая калориметрия титрования (ITC) - это физический метод, используемый для определения термодинамический параметры взаимодействий в растворе. Чаще всего он используется для изучения связывания небольших молекул (например, лекарственных соединений) с более крупными макромолекулы (белки, ДНК так далее.).^[1]Он состоит из двух ячеек, заключенных в адиабатический пиджак. Исследуемые соединения помещаются в ячейку для образца, тогда как другая ячейка, ячейка сравнения, используется в качестве контроля и содержит буфер, в котором растворяется образец.

Термодинамические измерения

Термограмма ITC

ИТЦ - это количественный техника, которая может определить сродство связывания (${\displaystyle K_{a}}$), энтальпия изменения (${\displaystyle \Delta H}$) и привязка стехиометрия (${\displaystyle n}$) взаимодействия двух или более молекул в растворе. Исходя из этих первоначальных измерений, Свободная энергия Гиббса изменения (${\displaystyle \Delta G}$) и энтропия изменения (${\displaystyle \Delta S}$) можно определить с помощью соотношения:

${\displaystyle \Delta G=-RT\ln {K_{a}}=\Delta H-T\Delta S}$

(куда ${\displaystyle R}$ это газовая постоянная и ${\displaystyle T}$ это абсолютная температура ).

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

${\displaystyle c=n*Ka*M}$

куда ${\displaystyle n}$ это стехиометрия переплета, ${\displaystyle K_{a}}$ это константа ассоциации и ${\displaystyle M}$ - концентрация молекулы в клетке.

Инструмент

Схема прибора ITC

An калориметр для изотермического титрования состоит из двух идентичных ячеек, изготовленных из высокоэффективного теплопроводящего и химически инертного материала, такого как Хастеллой сплава или золота, в окружении адиабатический пиджак.^[2] 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 прилагается постоянная мощность (<1 мВт). Это управляет цепью обратной связи, активируя нагреватель, расположенный на ячейке для образца.^[3] Во время эксперимента лиганд титруется в ячейку для образца точно известными аликвотами, вызывая либо поглощение, либо выделение тепла (в зависимости от природы реакции). Измерения состоят из зависящей от времени подводимой мощности, необходимой для поддержания одинаковых температур между ячейкой образца и контрольной ячейкой.

В экзотермический реакции температура в ячейке с образцом увеличивается при добавлении лиганд. Это приводит к уменьшению мощности обратной связи к ячейке с образцом (помните: эталонная мощность применяется к эталонной ячейке), чтобы поддерживать одинаковую температуру между двумя ячейками. В эндотермический реакция, 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 для образца 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 ненормальных графиков 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 вторичного метода скрининга при высокопроизводительном скрининге. ITC особенно полезен, поскольку он дает не только сродство связывания, но также термодинамику связывания. Эта термодинамическая характеристика позволяет дополнительно оптимизировать соединения.^[4]

Смотрите также

• Дифференциальная сканирующая калориметрия
• Двойная поляризационная интерферометрия
• Калориметрия возмущений давления
• Поверхностный плазмонный резонанс

Рекомендации

1. Пирс, Майкл М .; Raman, C.S .; Нолл, Барри Т. (1999). «Изотермическая титровальная калориметрия белок-белковых взаимодействий». Методы. 19 (2): 213–221. CiteSeerX  10.1.1.385.1426. Дои:10.1006 / мет.1999.0852. PMID  10527727.
2. О’Брайен Р., Лэдбери Дж. Э. и Чоудри Б. З. (2000) Изотермическая калориметрия титрования биомолекул. Глава 10 в Взаимодействие белок-лиганд: гидродинамика и калориметрия Под ред. Хардинг, С. и Чоудри, Б.З., Oxford University Press. ISBN  0-19-963746-6
3. Руководство по эксплуатации VP-ITC (2001 г.). Microcal Inc., Нортгемптон, Массачусетс. http://www.microcalorimetry.com
4. Деспанд, Т.Изотермическая калориметрия титрования (ITC): применение в открытии лекарств