Encontre estados de protonação em qualquer pH com o plugin de pKa e microespécies
Resposta curta: instale pKa & Microspecies em Settings › Plugins, desenhe uma molécula e abra a aba pKa. Defina o pH com o controle deslizante ou com uma predefinição como Blood 7.4. Você vê um pKa estimado para cada grupo ácido ou básico, a forma carregada predominante, a carga líquida, o ponto isoelétrico e um gráfico de todas as microespécies de pH 0 a 14. Tudo roda no navegador.
Por que o estado de protonação importa
A maioria das moléculas de fármacos tem grupos ácidos ou básicos. Um ácido carboxílico pode perder um próton e virar carboxilato. Uma amina pode ganhar um próton e virar um íon amônio. A forma presente depende do pH da solução e do pKa de cada grupo.
O pKa é o pH em que um grupo está metade protonado e metade desprotonado. Cada unidade de pH de distância do pKa muda a razão entre as duas formas por um fator de dez. Essa é a relação de Henderson–Hasselbalch que os alunos veem em química geral.
Uma molécula com vários grupos ionizáveis pode existir em vários estados de protonação ao mesmo tempo. Cada um desses estados é uma microespécie. A fração de cada uma muda com o pH. A forma que predomina no pH do sangue (cerca de 7,4) afeta a solubilidade, a facilidade com que a molécula atravessa membranas e como ela se liga a uma proteína. É também a forma que você geralmente quer para docking ou para uma figura. O plugin dá uma estimativa rápida de tudo isso enquanto você desenha.
O que o plugin mostra
| Visualização da estrutura | pKa sites rotula cada grupo ácido ou básico com sua estimativa. Major at pH desenha a forma carregada principal. |
|---|---|
| Gráfico | A porcentagem de cada microespécie de pH 0 a 14. Clique no gráfico para ir direto àquele pH. |
| Controles de pH | Um controle deslizante, uma caixa numérica e predefinições: Stomach 1.5, Skin 5.5, Blood 7.4 e pH 9. |
| Resumo | Fração da espécie predominante, carga líquida no pH escolhido, ponto isoelétrico e valores de pKa macroscópicos. |
| Abas | Microspecies lista cada forma com sua carga e porcentagem. Sites lista cada grupo com sua estimativa e uma caixa para o seu próprio valor. About explica o método. |
Como instalar o plugin de pKa
- Abra o editor MolDraw e faça login. Uma conta gratuita basta.
- Clique em Settings (a engrenagem) e depois em Plugins.
- Clique em Install ao lado de pKa & Microspecies. Uma aba pKa aparece no painel direito.
Você também pode clicar com o botão direito em uma molécula na tela e escolher pKa & microspecies.
Como encontrar a espécie predominante em um dado pH
- Desenhe sua molécula. Se a tela tiver várias moléculas, selecione a que você quer.
- Abra a aba pKa. Com Live marcado, o plugin refaz a análise sempre que o desenho muda. Caso contrário, clique em Analyse drawing.
- Defina o pH com o controle deslizante, digite um valor ou clique em uma predefinição como Blood 7.4.
- Leia o resumo: a espécie predominante, sua fração e a carga líquida.
- Mude a visualização da estrutura para Major at pH para ver onde ficam as cargas.
- Abra Microspecies para comparar as outras formas. Passe o mouse sobre uma delas para destacar sua curva no gráfico.
- Clique em Insert major species para adicionar a forma carregada à tela, ou em Replace drawing para trocar sua estrutura por ela.
Como usar em sala de aula e no laboratório
- Ensino de ácidos e bases: desenhe a glicina. Os valores dos livros são cerca de 2,3 para o ácido carboxílico e 9,6 para a amina, então o zwitterion deve predominar em pH 7,4. Compare as estimativas do plugin com esses valores e mova o controle para mostrar cada forma assumindo a predominância.
- Absorção de fármacos: clique em Stomach 1.5 e depois em Blood 7.4 para mostrar como um ácido ou uma base fraca muda de carga ao longo do corpo.
- Preparação para docking e modelagem: insira a espécie predominante em pH 7,4 e exporte essa forma em vez do desenho neutro. Para ver onde fica a carga, colora a forma inserida pelo potencial eletrostático.
- Cálculos rápidos: para problemas de tampão e de razões, use o plugin junto com a calculadora de pKa e a calculadora de pH.
Dicas e limitações
- Clique em um rótulo de pKa na estrutura para ir direto àquele grupo na tabela Sites.
- Se você tem um pKa medido, digite-o na caixa Your pKa. Deixe a caixa vazia para manter a estimativa. Valores medidos sempre ganham das estimativas.
- Um sal desenhado com seu contraíon conta como duas moléculas. Selecione a parte do fármaco ou desenhe o composto neutro original.
- Se uma molécula não tem nenhum grupo ionizável entre pH 0 e 14, o plugin informa que ela continua neutra.
Todos os valores são estimativas. O plugin encontra cada grupo ácido ou básico, parte de um valor medido para aquele tipo de grupo e o ajusta conforme os substituintes próximos com as equações de Hammett e de Taft. Em um conjunto de teste separado de cerca de 2.000 moléculas, o erro médio é de 0,92 unidade de pKa, e 71% dos valores ficam a menos de 1 unidade. Para fármacos comuns, o erro médio é de cerca de 0,45. Alguns sistemas de anéis, tautômeros, amidinas, enóis e ácidos C-H podem errar por 2 unidades ou mais. Use os resultados para ensino, verificações rápidas e planejamento, não como substitutos de medidas.
Perguntas e respostas
O que é uma microespécie?
Uma microespécie é um estado de protonação específico de uma molécula, com cada grupo ácido ou básico tendo ou não seu próton. Uma molécula com vários grupos ionizáveis pode existir como várias microespécies ao mesmo tempo, e suas frações mudam com o pH.
Qual é a precisão dos valores de pKa?
São estimativas. Em um conjunto de teste separado, o erro médio é de 0,92 unidade de pKa, com 71% dos valores a menos de 1 unidade, e cerca de 0,45 unidade para fármacos comuns. Sistemas de anéis incomuns e heterociclos tautoméricos podem errar por 2 unidades ou mais.
O plugin envia minha molécula para um servidor?
Não. O cálculo roda no navegador e não usa servidor nem modelo de IA.
Posso usar meus próprios valores de pKa medidos?
Sim. Abra a aba Sites e digite seu valor na caixa Your pKa daquele grupo. O gráfico, o resumo e a espécie predominante se atualizam na hora.