constante de disociación -Dissociation constant

En química , bioquímica y farmacología , una constante de disociación ( ) es un tipo específico de constante de equilibrio que mide la propensión de un objeto más grande a separarse (disociarse) reversiblemente en componentes más pequeños, como cuando un complejo se desmorona en las moléculas que lo componen , o cuando una sal se divide en sus iones componentes . La constante de disociación es la inversa de la constante de asociación . En el caso especial de las sales, la constante de disociación también puede denominarse constante de ionización . Para una reacción general: ${\displaystyle K_{D}}$

${\displaystyle {\ce {A_{\mathit {x}}B_{\mathit {y}}<=>{\mathit {x}}A{}+{\mathit {y}}B}}}$

en el que un complejo se descompone en  subunidades x A y subunidades y  B, la constante de disociación se define como ${\displaystyle {\ce {A}}_{x}{\ce {B}}_{y}}$

${\displaystyle K_{D}={\frac {[{\ce {A}}]^{x}[{\ce {B}}]^{y}}{[{\ce {A}}_{ x}{\ce {B}}_{y}]}}}$

donde [A], [B] y [A _x  B _y ] son ​​las concentraciones de equilibrio de A, B y el complejo A _x  B _y , respectivamente.

Una de las razones de la popularidad de la constante de disociación en bioquímica y farmacología es que en el caso frecuente donde x = y = 1, K _D tiene una interpretación física simple: cuando , entonces o equivalentemente . Es decir, K _D , que tiene las dimensiones de concentración, es igual a la concentración de A libre en la que la mitad de las moléculas totales de B están asociadas con A. Esta interpretación simple no se aplica a valores más altos de x o y . También supone la ausencia de reacciones competitivas, aunque la derivación se puede ampliar para permitir y describir explícitamente la unión competitiva. Es útil como una descripción rápida de la unión de una sustancia, de la misma manera que EC50 e IC50 describen las actividades biológicas de las sustancias. ${\displaystyle [{\ce {A}}]=K_{D}}$${\displaystyle [{\ce {B}}]=[{\ce {AB}}]}$${\displaystyle {\tfrac {[{\ce {AB}}]}{{[{\ce {B}}]}+[{\ce {AB}}]}}={\tfrac {1}{2 }}}$

Concentración de moléculas unidas

Moléculas con un sitio de unión

Experimentalmente, la concentración de la molécula compleja [AB] se obtiene indirectamente de la medición de la concentración de moléculas libres, ya sea [A] o [B]. En principio, se conocen las cantidades totales de molécula [A] ₀ y [B] _{0 añadidas a la reacción.} Se separan en componentes libres y ligados según el principio de conservación de la masa:

${\displaystyle {\begin{alineado}{\ce {[A]_0}}&={\ce {{[A]}+ [AB]}}\\{\ce {[B]_0}}&= {\ce {{[B]}+ [AB]}}\end{alineado}}}$

Para rastrear la concentración del complejo [AB], se sustituye la concentración de las moléculas libres ([A] o [B]), de las respectivas ecuaciones de conservación, por la definición de la constante de disociación,

${\displaystyle [{\ce {A}}]_{0}=K_{D}{\frac {[{\ce {AB}}]}{[{\ce {B}}]}}+[{ \ ce {AB}}]}$

Esto produce la concentración del complejo relacionada con la concentración de cualquiera de las moléculas libres.

${\displaystyle {\ce {[AB]}}={\frac {\ce {[A]_{0}[B]}}{K_{D}+[{\ce {B}}]}}= {\frac {\ce {[B]_{0}[A]}}{K_{D}+[{\ce {A}}]}}}$

Macromoléculas con sitios de unión independientes idénticos

Muchas proteínas y enzimas biológicas pueden poseer más de un sitio de unión. Normalmente, cuando un ligando L se une a una macromolécula M , puede influir en la cinética de unión de otros ligandos L que se unen a la macromolécula. Puede formularse un mecanismo simplificado si la afinidad de todos los sitios de unión puede considerarse independiente del número de ligandos unidos a la macromolécula. Esto es válido para macromoléculas compuestas por más de una subunidad, en su mayoría idénticas. Entonces se puede suponer que cada una de estas n subunidades son idénticas, simétricas y que poseen un único sitio de unión. Entonces, la concentración de ligandos unidos se vuelve ${\displaystyle {\ce {[L]_{atado}}}}$

${\displaystyle {\ce {[L]}}_{\text{ligado}}={\frac {n{\ce {[M]}}_{0}{\ce {[L]}}}{ K_{D}+{\ce {[L]}}}}}$

En este caso, pero comprende todas las formas parcialmente saturadas de la macromolécula: ${\displaystyle {\ce {[L]}}_{\text{enlazado}}\neq {\ce {[LM]}}}$

${\displaystyle {\ce {[L]}}_{\text{ligado}}={\ce {[LM]}}+{\ce {2[L_{2}M]}}+{\ce { 3[L_{3}M]}}+\ldots +n{\ce {[L_{\mathit {n}}M]}}}$

donde la saturación ocurre paso a paso

${\displaystyle {\begin{alineado}{\ce {{[L]}+[M]}}&{\ce {{}<=>{[LM]}}}&K'_{1}&={ \frac {\ce {[L][M]}}{[LM]}}&{\ce {[LM]}}&={\frac {\ce {[L][M]}}{K' _ {1}}}\\{\ce {{[L]}+[LM]}}&{\ce {{}<=>{[L2M]}}}&K'_{2}&={\ fracción {\ce {[L][LM]}}{[L_{2}M]}}&{\ce {[L_{2}M]}}&={\frac {\ce {[L]^ {2}[M]}}{K'_{1}K'_{2}}}\\{\ce {{[L]}+[L2M]}}&{\ce {{}<=> {[L3M]}}}&K'_{3}&={\frac {\ce {[L][L_{2}M]}}{[L_{3}M]}}&{\ce {[ L_{3}M]}}&={\frac {\ce {[L]^{3}[M]}}{K'_{1}K'_{2}K'_{3}}} \\&\vdots &&\vdots &&\vdots \\{\ce {{[L]}+[L_{\mathit {n-1}}M]}}&{\ce {{}<=>{[ L_{\mathit {n}}M]}}}&K'_{n}&={\frac {\ce {[L][L_{n-1}M]}}{[L_{n}M] }}&[{\ce {L}}_{n}{\ce {M}}]&={\frac {[{\ce {L}}]^{n}[{\ce {M}} ]}{K'_{1}K'_{2}K'_{3}\cdots K'_{n}}}\end{alineado}}}$

Para la derivación de la ecuación general de unión , se define una función de saturación como el cociente entre la porción de ligando unido y la cantidad total de la macromolécula:${\ estilo de visualización r}$

${\displaystyle r={\frac {\ce {[L]_{bound}}}{\ce {[M]_{0}}}}={\frac {\ce {{[LM]}+{ 2[L_{2}M]}+{3[L_{3}M]}+...+{\mathit {n}}[L_{\mathit {n}}M]}}{\ce {{ [M]}+{[LM]}+{[L_{2}M]}+{[L_{3}M]}+...+[L_{\mathit {n}}M]}}}= {\frac {\sum_{i=1}^{n}\left({\frac {i[{\ce {L}}]^{i}}{\prod_{j=1}^{i }K_{j}'}}\right)}{1+\sum _{i=1}^{n}\left({\frac {[{\ce {L}}]^{i}}{\ prod_{j=1}^{i}K_{j}'}}\right)}}}$

Incluso si todas las constantes de disociación microscópicas son idénticas, difieren de las macroscópicas y existen diferencias entre cada paso de unión. La relación general entre ambos tipos de constantes de disociación para n sitios de unión es

${\displaystyle K_{i}'=K_{D}{\frac {i}{n-i+1}}}$

Por lo tanto, la proporción de ligando unido a macromoléculas se vuelve

${\displaystyle r={\frac {\sum _{i=1}^{n}i\left(\prod _{j=1}^{i}{\frac {n-j+1}{j} }\derecha)\izquierda({\frac {{\ce {[L]}}}{K_{D}}}\derecha)^{i}}{1+\sum_{i=1}^{n }\left(\prod _{j=1}^{i}{\frac {n-j+1}{j}}\right)\left({\frac {[L]}{K_{D}} }\right)^{i}}}={\frac {\sum _{i=1}^{n}i{\binom {n}{i}}\left({\frac {[L]}{ K_{D}}}\right)^{i}}{1+\sum _{i=1}^{n}{\binom {n}{i}}\left({\frac {{\ce { [L]}}}{K_{D}}}\right)^{i}}}}$

donde es el coeficiente binomial . Luego, la primera ecuación se demuestra aplicando la regla binomial ${\displaystyle {\binom {n}{i}}={\frac {n!}{(ni)!i!}}}$

${\displaystyle r={\frac {n\left({\frac {\ce {[L]}}{K_{D}}}\right)\left(1+{\frac {\ce {[L] }}{K_{D}}}\derecha)^{n-1}}{\izquierda(1+{\frac {\ce {[L]}}{K_{D}}}\derecha)^{n }}}={\frac {n\left({\frac {\ce {[L]}}{K_{D}}}\right)}{\left(1+{\frac {\ce {[L ]}}{K_{D}}}\right)}}={\frac {n[{\ce {L}}]}{K_{D}+[{\ce {L}}]}}={ \frac {\ce {[L]_{límite}}}{\ce {[M]_{0}}}}}$

Unión proteína-ligando

La constante de disociación se usa comúnmente para describir la afinidad entre un ligando (como un fármaco ) y una proteína ; es decir, qué tan fuerte se une un ligando a una proteína en particular. Las afinidades ligando-proteína están influenciadas por interacciones intermoleculares no covalentes entre las dos moléculas, como enlaces de hidrógeno , interacciones electrostáticas , fuerzas hidrofóbicas y de van der Waals . Las afinidades también pueden verse afectadas por altas concentraciones de otras macromoléculas, lo que provoca el hacinamiento macromolecular . ${\ estilo de visualización {\ ce {L}}}$ ${\ estilo de visualización {\ ce {P}}}$

La formación de un complejo ligando-proteína se puede describir mediante un proceso de dos estados ${\ estilo de visualización {\ ce {LP}}}$

${\ estilo de visualización {\ ce {L + P <=> LP}}}$

la constante de disociación correspondiente se define

${\displaystyle K_{D}={\frac {\left[{\ce {L}}\right]\left[{\ce {P}}\right]}{\left[{\ce {LP}} \bien]}}}$

donde y representan concentraciones molares de la proteína, ligando y complejo, respectivamente. ${\ estilo de visualización {\ ce {[P], [L]}}}$${\ estilo de visualización {\ ce {[LP]}}}$

La constante de disociación tiene unidades molares (M) y corresponde a la concentración de ligando a la que la mitad de las proteínas están ocupadas en equilibrio, es decir, la concentración de ligando a la que la concentración de proteína con ligando unido es igual a la concentración de proteína sin ligando unido. . Cuanto más pequeña es la constante de disociación, más estrechamente unido está el ligando, o mayor es la afinidad entre el ligando y la proteína. Por ejemplo, un ligando con una constante de disociación nanomolar (nM) se une más estrechamente a una proteína en particular que un ligando con una constante de disociación micromolar (μM). ${\ estilo de visualización {\ ce {[L]}}}$${\ estilo de visualización {\ ce {[LP]}}}$${\ estilo de visualización {\ ce {[P]}}}$

Las constantes de disociación subpicomolares como resultado de interacciones de unión no covalente entre dos moléculas son raras. Sin embargo, hay algunas excepciones importantes. La biotina y la avidina se unen con una constante de disociación de aproximadamente 10 ⁻¹⁵ M = 1 fM = 0,000001 nM. Las proteínas inhibidoras de la ribonucleasa también pueden unirse a la ribonucleasa con una afinidad similar de ^10-15 M. La constante de disociación para una interacción ligando-proteína particular puede cambiar significativamente con las condiciones de la solución (p. ej., temperatura , pH y concentración de sal). El efecto de diferentes condiciones de solución es modificar efectivamente la fuerza de cualquier interacción intermolecular que mantenga unido un complejo ligando-proteína particular.

Los medicamentos pueden producir efectos secundarios nocivos a través de interacciones con proteínas para las que no estaban destinados o diseñados para interactuar. Por lo tanto, gran parte de la investigación farmacéutica tiene como objetivo diseñar fármacos que se unan solo a sus proteínas diana (diseño negativo) con alta afinidad (típicamente 0,1-10 nM) o mejorar la afinidad entre un fármaco en particular y su proteína diana in vivo (diseño positivo ) . ).

anticuerpos

En el caso específico de la unión de anticuerpos (Ab) a antígeno (Ag), normalmente el término constante de afinidad se refiere a la constante de asociación.

${\displaystyle {\ce {Ab + Ag <=> AbAg}}}$

${\displaystyle K_{A}={\frac {\left[{\ce {AbAg}}\right]}{\left[{\ce {Ab}}\right]\left[{\ce {Ag}} \right]}}={\frac{1}{K_{D}}}}$

Este equilibrio químico es también la relación de las constantes de velocidad de entrada (k _adelante o k _a ) y de velocidad de salida (k _atrás o k _{d ).} Dos anticuerpos pueden tener la misma afinidad, pero uno puede tener una constante de velocidad de activación y desactivación alta, mientras que el otro puede tener una constante de velocidad de activación y desactivación baja.

${\displaystyle K_{A}={\frac {k_{\text{adelante}}}{k_{\text{atrás}}}}={\frac {\mbox{a ritmo}}{\mbox{apagado -tasa}}}}$

Reacciones ácido-base

Ácidos y bases
Número de aceptador Ácido Reacción ácido-base Homeostasis ácido-base fuerza ácida Función de acidez anfoterismo Base soluciones amortiguadoras Constante de disociación Número de donante Química del equilibrio Extracción función de acidez de Hammett pH afinidad de protones Autoionización del agua Valoración catálisis de ácido de Lewis Pareja frustrada de Lewis Ácido quiral de Lewis
Tipos de ácido
Bronsted-Lowry Luis Mineral Orgánico Óxido Fuerte superácidos Débil Sólido
Tipos básicos
Bronsted-Lowry Luis Orgánico Óxido Fuerte superbases No nucleófilo Débil
v t mi

Para la desprotonación de ácidos , K se conoce como K _a , la constante de disociación ácida . Los ácidos más fuertes, por ejemplo, el ácido sulfúrico o el fosfórico , tienen constantes de disociación mayores; los ácidos más débiles, como el ácido acético , tienen constantes de disociación más pequeñas.

(El símbolo , utilizado para la constante de disociación ácida, puede generar confusión con la constante de asociación y puede ser necesario ver la reacción o la expresión de equilibrio para saber a qué se refiere). ${\displaystyle K_{a}}$

Las constantes de disociación ácida a veces se expresan por , que se define como: ${\displaystyle pK_{a}}$

${\displaystyle {\text{p}}K_{a}=-\log _{10}{K_{a}}}$

Esta notación también se ve en otros contextos; se utiliza principalmente para disociaciones covalentes (es decir, reacciones en las que se forman o rompen enlaces químicos), ya que tales constantes de disociación pueden variar mucho. ${\displaystyle \mathrm {p} K}$

Una molécula puede tener varias constantes de disociación de ácido. En este sentido, es decir, dependiendo del número de protones que puedan ceder, definimos ácidos monopróticos , dipróticos y tripróticos . Los primeros (p. ej., ácido acético o amonio ) tienen un solo grupo disociable, los segundos ( ácido carbónico , bicarbonato , glicina ) tienen dos grupos disociables y los terceros (p. ej., ácido fosfórico) tienen tres grupos disociables. En el caso de múltiples valores de p K , se designan mediante índices: p K ₁ , p K ₂ , p K ₃ y así sucesivamente. Para los aminoácidos, la constante p K ₁ se refiere a su grupo carboxilo (-COOH), p K ₂ se refiere a su grupo amino (-NH ₂ ) y p K ₃ es el valor p K de su cadena lateral .

${\displaystyle {\begin{alineado}{\ce {H3B}}&{\ce {{}<=>{H+}+{H2B^{-}}}}&K_{1}&={\ce {[ H+].[H2B^{-}] \over [H3B]}}&\mathrm {p} K_{1}&=-\log K_{1}\\{\ce {H2B^{-}}}& {\ce {{}<=>{H+}+{HB^{-2}}}}&K_{2}&={\ce {[H+].[HB^{-2}] \sobre [H2B^ {-}]}}&\mathrm {p} K_{2}&=-\log K_{2}\\{\ce {HB^{-2}}}&{\ce {{}<=>{ H+}+{B^{-3}}}}&K_{3}&={\ce {[H+].[B^{-3}] \over [HB^{-2}]}}&\mathrm {p} K_{3}&=-\log K_{3}\end{alineado}}}$

Constante de disociación del agua

La constante de disociación del agua se denota K _w :

${\displaystyle K_{\mathrm {w} }=[{\ce {H}}^{+}][{\ce {OH}}^{-}]}$

La concentración de agua, [H ₂ O], se omite por convención, lo que significa que el valor de K _w difiere del valor de K _eq que se calcularía usando esa concentración.

El valor de Kw varía con la temperatura, como _se muestra en la siguiente tabla. Esta variación debe tenerse en cuenta al realizar mediciones precisas de cantidades como el pH.

Temperatura de agua	Kw _	p K w
000 ºC	00.112 × 10−14	14.95
025 ºC	01.023 × 10−14	13.99
050 °C	05.495 × 10−14	13.26
075°C	19,95 × 100−14	12.70
100 °C	56,23 × 100−14	12.25

Ver también

• Ácido
• Equilibrio constante
• _{Base de} datos Ki
• Inhibición competitiva
• pH
• Diagrama de Scatchard
• La Unión del ligando
• Avidez

Referencias