Bindende selektivitet - Binding selectivity

Bindingsselektivitet er definert med hensyn til binding av ligander til et substrat som danner et kompleks . Bindende selektivitet beskriver hvordan en ligand fortrinnsvis kan binde seg til en reseptor enn en annen. En selektivitetskoeffisient er likevektskonstanten for forflytningens reaksjon med en ligand av en annen ligand i et kompleks med substratet. Bindende selektivitet er av stor betydning i biokjemi og i kjemiske separasjonsprosesser .

Selektivitetskoeffisient

Selektivitetsbegrepet brukes til å kvantifisere i hvilken grad ett kjemisk stoff, A, binder hver av to andre kjemiske stoffer, B og C. Det enkleste tilfellet er hvor de dannede kompleksene har 1: 1 støkiometri . Deretter kan de to interaksjonene være preget av likevektskonstanter K _AB og K _AC .

${\ displaystyle {\ ce {{A}+B <=> AB; {\ mathit {K}} _ {AB} = {\ frac {[AB]} {[A] [B]}}}}}}$

${\ displaystyle {\ ce {{A}+C <=> AC; {\ mathit {K}} _ {AC} = {\ frac {[AC]} {[A] [C]}}}}}}$

[X] representerer konsentrasjonen av stoffet X (A, B, C, ...). En selektivitetskoeffisient er definert som forholdet mellom de to likevektskonstantene.

${\ displaystyle K _ {{\ ce {B, C}}} = {\ frac {K _ {{\ ce {AC}}}} {K _ {{\ ce {AB}}}}}}}}$

Denne selektivitetskoeffisienten er faktisk likevektskonstanten for forskyvningsreaksjonen

${\ displaystyle {\ ce {{AB}+C <=> {AC}+B; {\ mathit {K}} _ {B, C} = {\ frac {[AC] [B]} {[AB] [C]}} = {\ frac {{\ mathit {K}} _ {AC} [A] [B] [C]} {{\ mathit {K}} _ {AB} [A] [B] [ C]}} = {\ frac {{\ mathit {K}} _ {AC}} {{\ mathit {K}} _ {AB}}}}}}$

Det er lett å vise at den samme definisjonen gjelder komplekser med en annen støkiometri, A _p B _q og A _p C _q . Jo større selektivitetskoeffisienten er, desto mer vil liganden C forskyve liganden B fra komplekset som dannes med substratet A. En alternativ tolkning er at jo større selektivitetskoeffisienten er, desto lavere konsentrasjon av C er nødvendig for å fortrenge B fra AB . Selektivitetskoeffisienter bestemmes eksperimentelt ved å måle de to likevektskonstantene, K _AB og K _AC .

applikasjoner

Biokjemi

I biokjemi er substratet kjent som en reseptor. En reseptor er et proteinmolekyl , innebygd i enten plasmamembranen eller cytoplasma i en celle, som en eller flere spesifikke typer signalmolekyler kan binde seg til. En ligand kan være et peptid eller et annet lite molekyl, for eksempel en nevrotransmitter , et hormon , et farmasøytisk legemiddel eller et toksin. Spesifisiteten til en reseptor bestemmes av dens romlige geometri og måten den binder seg til liganden gjennom ikke-kovalente interaksjoner , for eksempel hydrogenbinding eller Van der Waals-krefter .

Hvis en reseptor kan isoleres, kan et syntetisk legemiddel utvikles enten for å stimulere reseptoren, en agonist eller for å blokkere den, en antagonist . Den magesår medikamentet cimetidin ble utviklet som en H- ₂ antagonist ved kjemisk å konstruere molekylet for maksimal spesifisitet til en isolert vev som inneholder reseptoren. Den videre bruken av kvantitative struktur-aktivitetsforhold (QSAR) førte til utvikling av andre midler som ranitidin .

Det er viktig å merke seg at "selektivitet" når det refereres til et stoff er relativt og ikke absolutt. For eksempel, i en høyere dose, kan et spesifikt legemiddelmolekyl også binde seg til andre reseptorer enn de som sies å være "selektive".

Kelasjonsterapi

Deferiprone

Penicillamin

Keleringsterapi er en form for medisinsk behandling der en chelaterende ligand brukes til selektivt å fjerne et metall fra kroppen. Når metallet eksisterer som et divalent ion, for eksempel med bly , Pb ²⁺ eller kvikksølv , er Hg ²⁺ selektivitet mot kalsium , Ca ²⁺ og magnesium , Mg ²⁺ , avgjørende for at behandlingen ikke skal fjerne essensielle metaller.

Selektivitet bestemmes av forskjellige faktorer. Ved jernoverbelastning , som kan forekomme hos personer med ß-thalessemi som har mottatt blodoverføringer , er målmetallionen i +3 oksidasjonstilstanden og danner derfor sterkere komplekser enn de toverdige ionene. Det danner også sterkere komplekser med oksygen-donor ligander enn med nitrogen-donor ligander. deferoksamin , en naturlig forekommende siderofor produsert av actinobacter Streptomyces pilosus og ble opprinnelig brukt som et keleringsterapimiddel. Syntetiske sideroforer som deferipron og deferasirox har blitt utviklet, med den kjente strukturen til deferoksamin som utgangspunkt. Kelering skjer med de to oksygenatomene.

Wilsons sykdom er forårsaket av en defekt i kobbermetabolismen som resulterer i akkumulering av kobbermetall i forskjellige organer i kroppen. Målionen i dette tilfellet er divalent, Cu ²⁺ . Dette ionet er klassifisert som borderline i ordningen Ahrland, Chatt og Davies. Dette betyr at det danner omtrent like sterke komplekser med ligander hvis donoratomer er N, O eller F som med ligander hvis donoratomer er P, S eller Cl. Penicillamin , som inneholder nitrogen- og svoveldonatomer, brukes da denne typen ligand binder seg sterkere til kobberioner enn til kalsium- og magnesiumioner.

Behandling av forgiftning med tungmetaller som bly og kvikksølv er mer problematisk, fordi ligandene som brukes ikke har høy spesifisitet i forhold til kalsium. For eksempel kan EDTA administreres som et kalsiumsalt for å redusere fjerning av kalsium fra beinet sammen med tungmetallet. Faktorer som bestemmer selektivitet for bly mot sink, kadmium og kalsium har blitt gjennomgått,

Kromatografi

Ved kolonnekromatografi oppløses en blanding av stoffer i en mobil fase og føres over en stasjonær fase i en kolonne. En selektivitetsfaktor er definert som forholdet mellom fordelingskoeffisienter , som beskriver likevektsfordelingen til en analyt mellom den stasjonære fasen og mobilfasen. Selektivitetsfaktoren er lik selektivitetskoeffisienten med den antatte antagelsen at aktiviteten til den stasjonære fasen, substratet i dette tilfellet, er lik 1, standardantagelsen for en ren fase. Oppløsningen av en kromatografisk kolonne, R _S er relatert til den selektivitetsfaktoren av:

${\ displaystyle R_ {S} = {\ frac {\ sqrt {N}} {4}} \ left ({\ frac {\ alpha -1} {\ alpha}} \ right) \ left ({\ frac {k_ {B}} {1+k_ {B}}} \ høyre)}$

hvor α er selektivitetsfaktor, N er antallet teoretiske plater k _A og k _B er retensjonsfaktorene til de to analytter. Retensjonsfaktorer er proporsjonale med fordelingskoeffisienter. I praksis kan stoffer med en selektivitetsfaktor veldig nær 1 skilles fra. Dette gjelder spesielt ved gass-væskekromatografi hvor kolonnelengder opp til 60 m er mulige, noe som gir et veldig stort antall teoretiske plater.

Ved ionebytterkromatografi er selektivitetskoeffisienten definert på en litt annen måte

Ekstrahering av løsningsmidler

Ekstrahering av løsningsmidler brukes til å trekke ut individuelle lantanoide elementer fra blandingene som finnes i naturen i malmer som monazitt . I en prosess lages metallionene i vandig løsning for å danne komplekser med tributylfosfat (TBP), som ekstraheres til et organisk løsningsmiddel som parafin . Fullstendig separasjon utføres ved å bruke en motstrømsutvekslingsmetode . Et antall celler er arrangert som en kaskade . Etter ekvilibrering overføres den vandige komponenten i hver celle til den forrige cellen og den organiske komponenten overføres til den neste cellen, som i utgangspunktet bare inneholder vann. På denne måten passerer metallionen med det mest stabile komplekset nedover kaskaden i den organiske fasen, og metallet med det minst stabile komplekset passerer opp kaskaden i den vandige fasen.

Hvis løselighet i den organiske fasen ikke er et problem, er en selektivitetskoeffisient lik forholdet mellom stabilitetskonstantene til TBP -kompleksene til to metallioner. For lantanoide elementer som er tilstøtende i det periodiske systemet er dette forholdet ikke mye større enn 1, så mange celler er nødvendige i kaskaden.

Kjemiske sensorer

Typer kjemosensorer. (1.) Indicator-spacer-receptor (ISR) (2.) Indicator-Displacement Assay (IDA)

En potensiometrisk selektivitetskoeffisient definerer evnen til en ion-selektiv elektrode til å skille et bestemt ion fra andre. Selektivitetskoeffisienten, K _{B, C} evalueres ved hjelp av emf-responsen til den ion-selektive elektroden i blandede løsninger av primærionen, B og interfererende ion, C (fast interferensmetode) eller mindre ønskelig, i separate løsninger av B og C (separat løsningsmetode). For eksempel utnytter en kaliumion -selektiv membranelektrode det naturlig forekommende makrosykliske antibiotikumet valinomycin . I dette tilfellet er hulrommet i den makrosykliske ringen akkurat den riktige størrelsen for å innkapsle kaliumionen, men for stor til å binde natriumionen, den mest sannsynlige interferensen, sterkt.

Kjemiske sensorer utvikles for spesifikke målmolekyler og ioner der målet (gjesten) danner et kompleks med en sensor (vert). Sensoren er designet for å passe utmerket når det gjelder målets størrelse og form for å gi maksimal bindingsselektivitet. En indikator er knyttet til sensoren som gjennomgår en endring når målet danner et kompleks med sensoren. Indikatorendringen er vanligvis en fargeendring (grå til gul i illustrasjonen) sett i absorbans eller, med større følsomhet, luminescens . Indikatoren kan festes til sensoren via et avstandsstykke, i ISR ​​-arrangementet, eller den kan forskyves fra sensoren, IDA -arrangement.

Se også

• Bindende
• Affinitet
• Funksjonell selektivitet

Merknader

Referanser