Bindungsselektivität

Bindungsselektivität bezieht sich auf die unterschiedlichen Affinitäten, mit denen verschiedene Liganden an ein Substrat zur Bildung eines Komplexes zu binden. Ein Selektivitätskoeffizient ist die Gleichgewichtskonstante für die Reaktion der Verdrängung durch einen Liganden der anderen Liganden in einem Komplex mit dem Substrat. Bindungsselektivität ist von großer Bedeutung in der Biochemie und der chemischen Trennverfahren.

Selektivitätskoeffizient

Das Konzept der Selektivität verwendet wird, um das Ausmaß, in dem ein gegebenes Substrat, A, bindet zwei unterschiedlichen Liganden, B und C. Der einfachste Fall ist, wenn die gebildeten Komplexe quantifiziert 1: 1 Stöchiometrie. Dann können die beiden Wechselwirkungen von Gleichgewichtskonstanten KAB und KAC charakterisiert werden.

 stellt eine Konzentration. Ein Selektivitätskoeffizient wird als das Verhältnis der beiden Gleichgewichtskonstanten definiert.

Der Selektivitätskoeffizient ist in der Tat für die Verdrängungsreaktion die Gleichgewichtskonstante

Es ist leicht zu zeigen, dass die gleiche Definition gilt für Komplexe eines unterschiedlichen Stöchiometrie ApBq und ApCq. Je größer der Selektivitätskoeffizient, desto mehr der Liganden C wird der Ligand B aus dem mit dem Substrat A. Eine alternative Interpretation ist, dass je größer der Selektivitätskoeffizient gebildeten Komplex verdrängt, je niedriger die Konzentration von C, der benötigt wird, um B von AB verdrängen . Selektivitätskoeffizienten experimentell durch Messung der beiden Gleichgewichtskonstanten, KAB und KAC bestimmt.

Anwendungen

Biochemie

In der Biochemie wird das Substrat als ein Rezeptor bezeichnet. Ein Rezeptor ist ein Protein-Molekül, entweder in der Plasmamembran oder dem Cytoplasma einer Zelle eingebettet ist, um die eine oder mehrere spezifische Arten von Signalmolekülen binden kann. Ein Ligand kann ein Peptid oder ein kleines Molekül, wie ein Neurotransmitter, einem Hormon, einem Arzneimittel oder ein Toxin sein. Die Spezifität des Rezeptors wird durch seine Raumgeometrie bestimmt und die Art, wie es bindet an die Liganden über nicht-kovalente Wechselwirkungen, wie Wasserstoffbindung oder Van-der-Waals-Kräfte.

Wenn ein Rezeptor isoliert werden, kann ein synthetisches Medikament kann entweder entwickelt werden, um den Rezeptor, einen Agonisten stimulieren oder zu blockieren, ein Antagonist ist. Das Magengeschwür Arzneimittel Cimetidin wurde als H2-Antagonist durch chemisches Engineering des Moleküls für maximale Spezifität auf ein isoliertes Gewebe, die den Rezeptor entwickelt. Die weitere Verwendung von quantitativen Struktur-Aktivitäts-Beziehungen, führte zur Entwicklung von anderen Mitteln wie Ranitidin.

Es ist wichtig zu beachten, dass "Selektivität" bei Bezugnahme auf ein Medikament relativ und nicht absolut ist. Zum Beispiel in einer höheren Dosis eine spezifische Arzneimittelmolekül kann auch an andere Rezeptoren als die "selektiv" werden zu binden.

Chelat-Therapie

Chelat-Therapie ist eine Form der medizinischen Behandlung, bei dem ein chelatbildender Ligand wird verwendet, um selektiv ein Metall aus dem Körper. Wenn das Metall als ein zweiwertiges Ion, wie beispielsweise mit Blei, Pb oder Quecksilber, Hg Selektivität gegen Calcium, Ca und Magnesium Mg vorhanden ist, ist wichtig, damit die Behandlung nicht zu entfernen essentiellen Metallen.

Selektivität wird durch verschiedene Faktoren bestimmt. Im Fall von Eisenüberladung, die in Personen mit β-thalessemia die Bluttransfusionen erhalten haben, die auftreten können, ist das Ziel-Metallionen in der Oxidationsstufe +3 und bildet so stärkere Komplexe als die zweiwertigen Ionen. Es bildet auch stärkere Komplexe mit Sauerstoff-Donorliganden als bei Stickstoff-Donorliganden. Deferoxamin, ein von der actinobacter Streptomyces pilosus produziert und wurde ursprünglich als ein Chelat-Therapie Mittel natürlich vorkommende Siderophor. Synthetischen Siderophoren wie Deferiprone und deferasirox entwickelt worden sind, unter Verwendung der bekannten Struktur von Deferoxamin als Ausgangspunkt.

 Chelat erfolgt mit den beiden Sauerstoffatomen.

Morbus Wilson ist durch einen Defekt im Kupferstoffwechsels, die zu einer Ansammlung von Kupfermetall in verschiedenen Organen des Körpers führt verursacht. Das Zielion in diesem Fall zweiwertige, Cu. Dieses Ion wird als Grenzlinie in der Systematik der Ahrland, Chatt und Davies eingestuft. Dies bedeutet, dass es in etwa gleich starke Komplexe mit Liganden, deren Donoratome sind N, O oder F als mit Liganden, deren Donoratome P, S oder Cl darstellt. Penicillamin, die Stickstoff und Schwefel-Donoratome enthält, verwendet wird, wie diese Art der Liganden bindet stärker an Kupferionen als an Calcium- und Magnesiumionen.

Behandlung von Vergiftungen durch Schwermetalle wie Blei und Quecksilber ist problematisch, da die verwendeten Liganden keine hohe Spezifität in bezug auf Kalzium. Zum Beispiel kann EDTA als Calciumsalz verabreicht werden, um die Entfernung von Calcium aus Knochen zusammen mit dem Schwermetall zu reduzieren.

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Chromatographie

In der Säulenchromatographie ein Substanzgemisch wird in einer mobilen Phase gelöst und über einer stationären Phase in einer Säule geleitet. Die Selektivität ist definiert als das Verhältnis der Verteilungskoeffizienten, der die Gleichgewichtsverteilung eines Analyten zwischen der stationären Phase und der mobilen Phase beschreiben, definiert. Der Selektivitätsfaktor ist gleich der Selektivitätskoeffizient mit der zusätzlichen Annahme, dass die Aktivität von der stationären Phase, das Substrat in diesem Fall gleich 1 ist, der Standardannahme für eine reine Phase. Die Auflösung einer chromatographischen Säule, wird RS an den Selektivitätsfaktor von bezogen werden:

wobei α ist Selektivitätsfaktor ist, N die Anzahl der theoretischen Böden kA und kB sind die Retentionsfaktoren der beiden Analyten. Retentionsfaktoren sind proportional zur Verteilungskoeffizienten. In der Praxis Substanzen mit einem Selektivitätsfaktor nahe bei 1 getrennt werden können. Dies gilt insbesondere in Gasflüssigkeitschromatographie wo Säulenlängen bis zu 60 m möglich sind, die eine sehr große Anzahl der theoretischen Trennstufen.

In Ionenaustauschchromatographie der Selektivitätskoeffizient ist in einer etwas anderen Weise definiert

Lösungsmittelextraktion

Die Lösungsmittelextraktion verwendet, um einzelne Lanthanoidelementen aus den Gemischen in der Natur in Erze wie Monazit gefunden extrahieren. In einem Verfahren werden die Metallionen in wässriger Lösung hergestellt, Komplexe mit Tributylphosphat, das in einem organischen Lösungsmittel, wie Kerosin extrahiert bilden. Vollständige Trennung wird unter Verwendung eines Gegenstrom-Austauschverfahren durchgeführt wird. Eine Anzahl von Zellen als Kaskade angeordnet ist. Nach der Äquilibrierung wird die wässrige Komponente jeder Zelle mit der vorhergehenden Zelle überführt und die organische Komponente in die nächste Zelle, die zunächst nur Wasser enthält, übertragen. Auf diese Weise die Metallionen mit den stabilen Komplex gelangt nach unten die Kaskade in der organischen Phase und das Metall mit der geringsten stabilen Komplex gelangt die Kaskade in der wässrigen Phase.

Wenn die Löslichkeit in der organischen Phase ist nicht ein Problem, ist ein Selektivitätskoeffizient gleich dem Verhältnis der Stabilitätskonstanten der Komplexe von TBP zwei Metallionen. Für Lanthanoidelemente, die im Periodensystem benachbarten dieses Verhältnis ist nicht viel größer als 1 ist, so viele Zellen in der Kaskade notwendig.

Chemische Sensoren

Eine potentiometrische Selektivitätskoeffizient definiert die Fähigkeit eines Ionen-selektiven Elektrode mit einem bestimmten Ion von anderen zu unterscheiden. Der Selektivitätskoeffizient, KB, C wird mittels EMK Reaktion der ionenselektiven Elektrode in gemischten Lösungen des Primärionen, B und Stör-Ion, C oder weniger wünschenswert bewertet, in getrennten Lösungen von B und C. Beispiels verwendet ein Kalium ionenselektive Membran-Elektroden der natürlich vorkommenden makrozyklisches Antibiotikum Valinomycin. In diesem Fall wird der Hohlraum in dem makrocyclischen Ring genau die richtige Größe, um das Kaliumion zu verkapseln, aber zu groß, um die Natriumionen, die wahrscheinlichste Interferenz binden, stark.

Chemische Sensoren werden für spezifische Zielmolekülen und Ionen in dem das Ziel einen Komplex mit einem Sensor entwickelt. Der Sensor ist für eine ausgezeichnete Übereinstimmung zwischen der Größe und der Form des Ziels, um die maximale Bindungsselektivität bereitzustellen. Ein Indikator mit dem Sensor, der eine Änderung erfährt, wenn das Ziel, einen Komplex mit dem Sensor bildet, verbunden. Der Indikator Veränderung ist in der Regel ein Farbabsorptionsänderung gesehen oder mit größerer Empfindlichkeit, Lumineszenz. Der Indikator kann auf den Sensor über einen Spacer gebunden sein, in dem ISR-Anordnung, oder sie kann von dem Sensor, IDA Anordnung verschoben werden kann.

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