Tìm trạng thái proton hóa ở mọi pH với plugin pKa và vi dạng
Trả lời ngắn: Cài pKa & Microspecies từ Settings › Plugins, vẽ một phân tử và mở thẻ pKa. Đặt pH bằng thanh trượt hoặc giá trị đặt sẵn như Blood 7.4. Bạn sẽ thấy pKa ước tính cho mỗi nhóm acid hoặc base, dạng tích điện chính, điện tích tổng, điểm đẳng điện và biểu đồ mọi vi dạng từ pH 0 đến 14. Mọi thứ chạy trong trình duyệt.
Vì sao trạng thái proton hóa quan trọng
Phần lớn phân tử thuốc mang nhóm acid hoặc base. Một carboxylic acid có thể mất proton thành carboxylate. Một amine có thể nhận proton thành ion ammonium. Dạng bạn có phụ thuộc vào pH của dung dịch và pKa của từng nhóm.
pKa là pH tại đó một nhóm bị proton hóa một nửa và deproton hóa một nửa. Mỗi đơn vị pH lệch khỏi pKa làm tỉ lệ giữa hai dạng thay đổi mười lần. Đây là hệ thức Henderson–Hasselbalch mà sinh viên gặp trong hóa đại cương.
Phân tử có nhiều nhóm ion hóa được có thể tồn tại cùng lúc ở nhiều trạng thái proton hóa. Mỗi trạng thái đó là một vi dạng. Tỉ lệ của mỗi vi dạng thay đổi theo pH. Dạng chiếm ưu thế ở pH máu (khoảng 7,4) ảnh hưởng đến độ tan, khả năng phân tử đi qua màng và cách nó gắn với protein. Đó cũng là dạng bạn thường cần cho docking hoặc cho hình minh họa. Plugin cho bạn ước tính nhanh tất cả những điều này ngay khi vẽ.
Plugin hiển thị những gì
| Khung cấu trúc | pKa sites ghi nhãn mỗi nhóm acid hoặc base kèm giá trị ước tính. Major at pH vẽ dạng tích điện chính. |
|---|---|
| Biểu đồ | Phần trăm của mọi vi dạng từ pH 0 đến 14. Nhấp vào biểu đồ để nhảy đến pH đó. |
| Điều khiển pH | Thanh trượt, ô nhập số và các giá trị đặt sẵn: Stomach 1.5, Skin 5.5, Blood 7.4 và pH 9. |
| Tóm tắt | Tỉ lệ của dạng chính, điện tích tổng ở pH đã chọn, điểm đẳng điện và các giá trị pKa vĩ mô. |
| Các thẻ | Microspecies liệt kê từng dạng kèm điện tích và phần trăm. Sites liệt kê từng nhóm kèm giá trị ước tính và ô để nhập giá trị của bạn. About giải thích phương pháp. |
Cách cài plugin pKa
- Mở trình soạn thảo MolDraw và đăng nhập. Tài khoản miễn phí là đủ.
- Nhấn Settings (biểu tượng bánh răng), rồi Plugins.
- Nhấn Install cạnh pKa & Microspecies. Thẻ pKa xuất hiện ở bảng bên phải.
Bạn cũng có thể nhấp chuột phải vào một phân tử trên canvas và chọn pKa & microspecies.
Cách tìm dạng chính ở một pH cho trước
- Vẽ phân tử của bạn. Nếu canvas có nhiều phân tử, hãy chọn phân tử bạn muốn.
- Mở thẻ pKa. Khi đánh dấu Live, plugin phân tích lại mỗi khi bản vẽ thay đổi. Nếu không, nhấn Analyse drawing.
- Đặt pH bằng thanh trượt, nhập giá trị, hoặc nhấn một giá trị đặt sẵn như Blood 7.4.
- Đọc phần tóm tắt: dạng chính, tỉ lệ của nó và điện tích tổng.
- Chuyển khung cấu trúc sang Major at pH để xem điện tích nằm ở đâu.
- Mở Microspecies để so sánh các dạng khác. Rê chuột lên một dạng để làm nổi bật đường cong của nó trên biểu đồ.
- Nhấn Insert major species để thêm dạng tích điện vào canvas, hoặc Replace drawing để thay cấu trúc của bạn bằng dạng đó.
Cách dùng trên lớp và trong phòng thí nghiệm
- Dạy acid và base: vẽ glycine. Giá trị trong sách giáo khoa khoảng 2,3 cho nhóm carboxylic acid và 9,6 cho nhóm amine, nên ion lưỡng cực chiếm ưu thế ở pH 7,4. So sánh ước tính của plugin với các giá trị đó và di chuyển thanh trượt để thấy từng dạng lần lượt chiếm ưu thế.
- Hấp thu thuốc: nhấn Stomach 1.5 rồi Blood 7.4 để cho thấy một acid hoặc base yếu đổi điện tích thế nào trong cơ thể.
- Chuẩn bị cho docking và mô hình hóa: chèn dạng chính ở pH 7,4 và xuất dạng đó thay cho bản vẽ trung hòa. Để xem điện tích của nó nằm ở đâu, hãy tô màu dạng đã chèn theo thế tĩnh điện.
- Tính nhanh: với bài toán dung dịch đệm và tỉ lệ, hãy dùng plugin cùng với máy tính pKa và máy tính pH.
Mẹo và giới hạn
- Nhấp vào một nhãn pKa trên cấu trúc để nhảy đến nhóm đó trong bảng Sites.
- Nếu có pKa đo được, hãy nhập vào ô Your pKa. Để trống ô để giữ giá trị ước tính. Giá trị đo luôn tốt hơn giá trị ước tính.
- Muối vẽ kèm ion đối được tính là hai phân tử. Hãy chọn phần thuốc, hoặc vẽ hợp chất gốc trung hòa.
- Nếu phân tử không có nhóm ion hóa được trong khoảng pH 0 đến 14, plugin sẽ cho biết nó luôn trung hòa.
Mọi giá trị đều là ước tính. Plugin tìm từng nhóm acid hoặc base, bắt đầu từ một giá trị đo cho loại nhóm đó và hiệu chỉnh theo các nhóm thế lân cận bằng phương trình Hammett và Taft. Trên bộ kiểm tra độc lập khoảng 2.000 phân tử, sai số trung bình là 0,92 đơn vị pKa, và 71% giá trị nằm trong phạm vi 1 đơn vị. Với các thuốc thông dụng, sai số trung bình khoảng 0,45. Một số hệ vòng, hỗ biến, amidine, enol và C-H acid có thể lệch 2 đơn vị hoặc hơn. Hãy dùng kết quả cho giảng dạy, kiểm tra nhanh và lập kế hoạch, không thay thế cho phép đo.
Hỏi và đáp
Vi dạng là gì?
Vi dạng là một trạng thái proton hóa cụ thể của phân tử, trong đó mỗi nhóm acid hoặc base hoặc mang proton hoặc không. Phân tử có nhiều nhóm ion hóa được có thể tồn tại cùng lúc dưới nhiều vi dạng, và tỉ lệ của chúng thay đổi theo pH.
Các giá trị pKa chính xác đến đâu?
Đó là giá trị ước tính. Trên bộ kiểm tra độc lập, sai số trung bình là 0,92 đơn vị pKa, với 71% giá trị nằm trong phạm vi 1 đơn vị, và khoảng 0,45 đơn vị với các thuốc thông dụng. Hệ vòng bất thường và dị vòng có hỗ biến có thể lệch 2 đơn vị hoặc hơn.
Plugin có gửi phân tử của tôi lên máy chủ không?
Không. Phép tính chạy trong trình duyệt và không dùng máy chủ hay mô hình AI nào.
Có thể dùng giá trị pKa tôi đo được không?
Có. Mở thẻ Sites và nhập giá trị vào ô Your pKa của nhóm đó. Biểu đồ, phần tóm tắt và dạng chính cập nhật ngay lập tức.