Скачок давления
Скачок давления — метод, используемый при изучении химической кинетики . Он включает в себя быстрое изменение давления экспериментальной системы и наблюдение возврата к равновесию или устойчивому состоянию . Это позволяет изучать сдвиг равновесия реакций, которые уравновешиваются за периоды от миллисекунд до часов (или дольше). [1] эти изменения часто наблюдаются с помощью абсорбционной спектроскопии или флуоресцентной спектроскопии , хотя и другие спектроскопические методы, такие как CD , [2] FTIR [3] или ЯМР [4] также можно использовать.
Исторически скачки давления ограничивались одним направлением. Чаще всего быстрое падение давления достигалось с помощью быстроразъемного клапана или быстроразрывной мембраны. [5] Современное оборудование может обеспечивать изменение давления в обоих направлениях, используя либо схему с двойным резервуаром, либо систему с двумя резервуарами. [6] (хорошо подходит для больших перепадов давления) или поршни, управляемые пьезоэлектрическими приводами. [7] (часто быстрее, чем клапанные подходы). Сверхбыстрых перепадов давления можно добиться с помощью электрически разрушаемых разрывных мембран. [8] Возможность автоматического повторения измерений и усреднения результатов полезна, поскольку амплитуды реакций зачастую невелики.
Дробная степень реакции ( т.е. процентное изменение концентрации измеряемого вещества) зависит от изменения молярного объема (ΔV ° ) между реагентами и продуктами и положения равновесия. Если K — константа равновесия, а P — давление, то изменение объема определяется выражением:
где R — универсальная газовая постоянная , а T — абсолютная температура . Таким образом, изменение объема можно понимать как зависимость изменения свободной энергии Гиббса, связанного с реакцией, от давления.
Когда в эксперименте со скачком давления нарушается один этап реакции, реакция следует единственной экспоненциальной функции затухания с обратной постоянной времени (1/τ), равной сумме прямой и обратной собственных констант скорости. В более сложных реакционных сетях, когда возмущены несколько стадий реакции, обратные константы времени задаются собственными значениями характеристических уравнений скорости. Возможность наблюдать промежуточные стадии реакции является одной из привлекательных особенностей этой технологии. [9]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Это контрастирует с скачком температуры , при котором кривые охлаждения обычно ограничивают временное окно до минуты или около того.
- ^ Грюневальд Б., Кнохе В. (1978). «Метод скачка давления с обнаружением оптического вращения и кругового дихроизма». Обзор научных инструментов . 49 : 797–801. Бибкод : 1978RScI...49..797G . дои : 10.1063/1.1135618 . ПМИД 18699196 .
- ^ Шиевек М., Крумова М., Хемпель Г., Блюм А. (2007). «Установка релаксации скачка давления с ИК-обнаружением и миллисекундным временным разрешением». Обзор научных инструментов . 78 : 045101. Бибкод : 2007RScI...78d5101S . дои : 10.1063/1.2719020 . ПМИД 17477687 .
- ^ Хойер У, Крумова М, Хемпель Г, Шивек М, Блюм А (2010). «Зонд ЯМР для экспериментов по скачку давления до 250 бар и времени скачка 3 мс». Обзор научных инструментов . 81 : 105102. Бибкод : 2010RScI...81j5102H . дои : 10.1063/1.3481164 . ПМИД 21034114 .
- ^ Пёршке Д (1982). Методы изучения быстрой кинетики в биологических системах в: Дэвис Д.Б., Сенгер В., Данилюк С.С. (ред.) Структурная молекулярная биология . издательской корпорации «Пленум» ISBN 0-306-40982-8 .
- ^ Маршал С., Фонт Дж., Рибо М., Виланова М., Филлипс Р.С., Ланге Р., Торрент Дж. (2009). «Асимметричная кинетика структурных изменений белков». Отчеты о химических исследованиях . 42 : 778–87. дои : 10.1021/ar800266r . ПМИД 19378977 .
- ^ Пирсон Д.С., Холтерманн Г., Эллисон П., Кремо С., Дживс М.А. (2002). «Новый аппарат скачка давления для микрообъемного анализа белок-лигандных и белок-белковых взаимодействий: его применение для связывания нуклеотидов с субфрагментом 1 миозина скелетных и гладкомышечных мышц» . Биохимический журнал . 366 : 643–651. дои : 10.1042/BJ20020462 . ПМЦ 1222786 . ПМИД 12010120 .
- ^ Дюмон С., Эмильссон Т., Грюбеле М. (2009). «Достижение предела скорости сворачивания белка с большими скачками давления, субмикросекундными». Природные методы . 6 (7): 515–9. дои : 10.1038/nmeth.1336 . ПМИД 19483692 .
- ^ Малнаши-Чизмадия, А; Пирсон, Д.С.; Ковач, М.; Вулли, Р.Дж.; Дживс, Массачусетс; Бэгшоу, ЧР (2001). «Кинетическое разрешение конформационного перехода и стадия гидролиза АТФ с использованием методов релаксации с мутантом диктиостелия миозина II, содержащим одиночный остаток триптофана». Биохимия . 40 : 12727–12737. дои : 10.1021/bi010963q . ПМИД 11601998 .