Trovare gli stati di protonazione a qualsiasi pH con il plugin pKa e microspecie
Risposta breve: installa pKa & Microspecies da Settings › Plugins, disegna una molecola e apri la scheda pKa. Imposta il pH con il cursore o con una preimpostazione come Blood 7.4. Vedi una stima del pKa di ogni gruppo acido o basico, la forma carica principale, la carica netta, il punto isoelettrico e un grafico di ogni microspecie da pH 0 a 14. Tutto avviene nel browser.
Perché conta lo stato di protonazione
La maggior parte delle molecole di farmaci porta gruppi acidi o basici. Un acido carbossilico può perdere un protone e diventare un carbossilato. Un'ammina può acquistare un protone e diventare uno ione ammonio. La forma presente dipende dal pH della soluzione e dal pKa di ciascun gruppo.
Il pKa è il pH al quale un gruppo è per metà protonato e per metà deprotonato. Ogni unità di pH di distanza dal pKa sposta il rapporto tra le due forme di un fattore dieci. È la relazione di Henderson–Hasselbalch che gli studenti incontrano in chimica generale.
Una molecola con più gruppi ionizzabili può esistere contemporaneamente in più stati di protonazione. Ciascuno di questi stati è una microspecie. La quota di ognuna cambia con il pH. La forma che prevale al pH del sangue (circa 7,4) influisce sulla solubilità, sulla facilità con cui la molecola attraversa le membrane e su come si lega a una proteina. È anche la forma che di solito ti serve per il docking o per una figura. Il plugin ti dà una stima rapida di tutto questo mentre disegni.
Cosa mostra il plugin
| Vista della struttura | pKa sites etichetta ogni gruppo acido o basico con la sua stima. Major at pH disegna la forma carica principale. |
|---|---|
| Grafico | La percentuale di ogni microspecie da pH 0 a 14. Fai clic sul grafico per passare a quel pH. |
| Controlli del pH | Un cursore, una casella numerica e preimpostazioni: Stomach 1.5, Skin 5.5, Blood 7.4 e pH 9. |
| Riepilogo | Quota della specie principale, carica netta al pH scelto, punto isoelettrico e valori di pKa macroscopici. |
| Schede | Microspecies elenca ogni forma con la sua carica e la sua percentuale. Sites elenca ogni gruppo con la sua stima e una casella per il tuo valore. About spiega il metodo. |
Come installare il plugin pKa
- Apri l'editor MolDraw ed effettua l'accesso. Basta un account gratuito.
- Fai clic su Settings (l'ingranaggio), poi su Plugins.
- Fai clic su Install accanto a pKa & Microspecies. Nel pannello di destra compare una scheda pKa.
Puoi anche fare clic destro su una molecola nell'area di disegno e scegliere pKa & microspecies.
Come trovare la specie principale a un dato pH
- Disegna la molecola. Se nell'area di disegno ci sono più molecole, seleziona quella che ti interessa.
- Apri la scheda pKa. Con Live spuntato, il plugin rianalizza ogni volta che il disegno cambia. Altrimenti premi Analyse drawing.
- Imposta il pH con il cursore, scrivi un valore o premi una preimpostazione come Blood 7.4.
- Leggi il riepilogo: la specie principale, la sua quota e la carica netta.
- Passa la vista della struttura a Major at pH per vedere dove si trovano le cariche.
- Apri Microspecies per confrontare le altre forme. Passa il mouse su una di esse per evidenziarne la curva sul grafico.
- Premi Insert major species per aggiungere la forma carica all'area di disegno, oppure Replace drawing per sostituirla alla tua struttura.
Come usarlo in classe e in laboratorio
- Insegnare acidi e basi: disegna la glicina. I valori dei libri di testo sono circa 2,3 per l'acido carbossilico e 9,6 per l'ammina, quindi a pH 7,4 dovrebbe prevalere lo zwitterione. Confronta le stime del plugin con quei valori e sposta il cursore per mostrare come prevale ogni forma.
- Assorbimento dei farmaci: premi Stomach 1.5 e poi Blood 7.4 per mostrare come un acido o una base debole cambia carica nel corpo.
- Preparazione per docking e modellistica: inserisci la specie principale a pH 7,4 ed esporta quella forma invece del disegno neutro. Per vedere dove si trova la sua carica, colora la forma inserita in base al potenziale elettrostatico.
- Calcoli rapidi: per problemi su tamponi e rapporti, abbina il plugin al calcolatore di pKa e al calcolatore di pH.
Consigli e limiti
- Fai clic su un'etichetta di pKa sulla struttura per passare a quel gruppo nella tabella Sites.
- Se hai un pKa misurato, scrivilo nella casella Your pKa. Lascia la casella vuota per mantenere la stima. I valori misurati sono sempre migliori delle stime.
- Un sale disegnato con il suo controione conta come due molecole. Seleziona la parte del farmaco, oppure disegna il composto progenitore neutro.
- Se una molecola non ha gruppi ionizzabili tra pH 0 e 14, il plugin ti dice che resta neutra.
Tutti i valori sono stime. Il plugin individua ogni gruppo acido o basico, parte da un valore misurato per quel tipo di gruppo e lo corregge per i sostituenti vicini con le equazioni di Hammett e Taft. Su un set di test indipendente di circa 2.000 molecole l'errore medio è di 0,92 unità di pKa e il 71% dei valori rientra entro 1 unità. Per i farmaci comuni l'errore medio è di circa 0,45. Alcuni sistemi ad anello, tautomeri, amidine, enoli e acidi C-H possono discostarsi di 2 unità o più. Usa i risultati per la didattica, controlli rapidi e pianificazione, non come sostituto della misura.
Domande e risposte
Che cos'è una microspecie?
Una microspecie è uno specifico stato di protonazione di una molecola, in cui ogni gruppo acido o basico porta o non porta il suo protone. Una molecola con più gruppi ionizzabili può esistere contemporaneamente come più microspecie, e le loro quote cambiano con il pH.
Quanto sono accurati i valori di pKa?
Sono stime. Su un set di test indipendente l'errore medio è di 0,92 unità di pKa, con il 71% dei valori entro 1 unità, e di circa 0,45 unità per i farmaci comuni. Sistemi ad anello insoliti ed eterocicli tautomerici possono discostarsi di 2 unità o più.
Il plugin invia la mia molecola a un server?
No. Il calcolo avviene nel browser e non usa né server né modelli di IA.
Posso usare i miei valori di pKa misurati?
Sì. Apri la scheda Sites e scrivi il tuo valore nella casella Your pKa di quel gruppo. Il grafico, il riepilogo e la specie principale si aggiornano subito.