Isoterminen titraatiokalorimetria

Mihin isotermistä titraatiokalorimetriaa käytetään?

Isotermistä titraatiokalorimetriaa käytetään yleisesti biokemiassa tutkimaan suurempien molekyylien, kuten proteiinien, entsyymien ja DNA:n vuorovaikutuksia pienten ligandimolekyylien kanssa. Menetelmällä voidaan tarkastella reaktioiden stoikiometriaa sekä sitoutumisvakion, entalpian ja entropian muutoksia. Uusien lääkkeiden testaus on yksi isometrisen titrauskalometrian yleisimmistä käyttötarkoituksista, sillä menetelmän avulla voidaan selvittää lääkeaineiden hanakkuutta sitoutua kohdemolekyyliin.

Miten isoterminen titraatiokalorimetria toimii?

Kun kahden biomolekyylin välillä tapahtuu kemiallinen vuorovaikutus, ympäröivän liuoksen lämpötilassa tapahtuu hyvin pieni muutos energian joko absorboituessa tai vapautuessa. Näitä lämpötilan muutoksia mittaamalla voidaan määrittää tapahtuneen vuorovaikutuksen tarkka luonne.

Isotermisessä titraatiossa laitteen vertailu- ja testikammiota pidetään samassa lämpötilassa, ja tasaisen lämpötilan ylläpitämiseen vaadittua tehoa mitataan. Liuos, joka sisältää testattavan ligandimolekyylin, injektoidaan testikammioon, jonka sisällä olevan biomolekyylin kanssa se vuorovaikuttaa aiheuttaen lämpötilamuutoksen. Kalorimetrilla tarkkaillaan lämpötilan tasaamiseen vaadittua tehoa ja aikaa. Toistamalla prosessia ja kirjaamalla lämpötilan muutokset ajan funktiona saadaan tietoa vuorovaikutuksen termodynaamisista ominaisuuksista.

Sopivat näytteet ja näytteiden valmistelu

ITC-mittausta varten biomolekyylit on liuotettava sopivaan liuottimeen oikeina pitoisuuksina. Yleensä analyysissa käytetään puskuriliuosta sen varmistamiseksi, että pH pysyy valitussa suuruusluokassa koko testin ajan. Tällöin sekä biomolekyyli- että ligandinäytteet on liuotettava samaan puskuriliuokseen.

ITC-analyysin edut ja rajoitteet

Isoterminen titraatiokalorimetria on erittäin monipuolinen lämpöominaisuuksien mittaustekniikka, sillä yhden kokeen aikana voidaan mitata niin stoikiometriaa, sitoutumisvakiota, entalpiaa kuin entropiaa. Menetelmä ei myöskään edellytä kemiallisten merkkiaineiden tai muiden näytettä vahingoittavien kemikaalien käyttöä.

ITC:n haittapuoli on, että kemiallista vuorovaikutusta seuraava lämpötilanmuutos voi olla niin vähäinen, että joissakin tapauksissa sitä on vaikea havaita. Siksi usein tarvitaan suhteellisen suuri näytemäärä tulosten saamiseksi. Lisäksi jotkut näytteet voivat olla alttiita kontaminaatiolle tai pH:n muutoksille, joten huolellinen näytteenvalmistelu on välttämätöntä.

ITC vs DSC – mitkä ovat erot?

Differentiaalinen pyyhkäisykalorimetria (DSC) on termoanalyyttinen tekniikka, jolla mitataan näytteen lämpötilan muuttamiseen tarvittavaa energiaa. Tärkein ero menetelmien välillä on, että DSC:ssä näyte altistetaan erilaisille ulkoisille lämpötiloille, kun taas ITC:ssä lämpötilan muutos on lähtöisin näytemolekyylien välillä tapahtuvasta kemiallisesta vuorovaikutuksesta. ITC:tä käytetään siis kemiallisten prosessien seurantaan ja DSC:tä ulkoisten olosuhteiden vaikutuksen arviointiin.