Буферы Гуда
Буферы Гуда (также буферы Гуда ) — двадцать буферных агентов для биохимических и биологических исследований, отобранных и описанных Норманом Гудом и его коллегами в 1966–1980 годах. [1] [2] [3] Большинство буферов представляли собой новые цвиттер-ионные соединения, впервые приготовленные и испытанные Гудом и его коллегами, хотя некоторые из них ( MES , ADA , BES, Bicine ) были известными соединениями, ранее не замеченными биологами. До работы Гуда биологам было доступно лишь несколько буферов ионов водорода с pH от 6 до 8, и часто использовались очень неподходящие, токсичные, реактивные и неэффективные буферы. Многие буферы Гуда стали и остаются важнейшими инструментами в современных биологических лабораториях.
Критерии отбора
Гуд стремился идентифицировать буферные соединения, которые отвечали бы нескольким критериям и могли бы представлять ценность в биологических исследованиях.
- p K a : Поскольку большинство биологических реакций протекают при pH, близком к нейтральному, между 6 и 8, идеальные буферы должны иметь значения p K a в этом диапазоне, чтобы обеспечить максимальную буферную емкость.
- Растворимость: Для простоты обращения и поскольку биологические системы находятся в водных системах, требовалась хорошая растворимость в воде. Низкая растворимость в неполярных растворителях (жирах, маслах и органических растворителях) также считалась полезной, поскольку это предотвращало бы накопление буферного соединения в неполярных отсеках биологических систем: клеточных мембранах и других отсеках клеток.
- Непроницаемость мембраны: в идеале буфер не должен легко проходить через клеточные мембраны, это также уменьшит накопление буферного соединения внутри клеток .
- Минимальное воздействие соли: Высокоионные буферы могут вызывать проблемы или осложнения в некоторых биологических системах.
- Влияние на диссоциацию: Влияние концентрации буфера, температуры и ионного состава среды на диссоциацию буфера должно быть минимальным.
- Хорошо себя ведут катионные взаимодействия: Если буферы образуют комплексы с катионными лигандами , то образованные комплексы должны оставаться растворимыми. В идеале, по крайней мере, некоторые из буферных соединений не будут образовывать комплексы.
- Стабильность: Буферы должны быть химически стабильными, устойчивыми к ферментативной и неферментативной деградации.
- Биохимическая инертность: Буферы не должны влиять на какие-либо биохимические реакции или участвовать в них.
- Оптическое поглощение: Буферы не должны поглощать видимый или ультрафиолетовый свет с длиной волны более 230 нм , чтобы не мешать обычно используемым спектрофотометрическим анализам.
- Простота приготовления: буферы должны легко готовиться и очищаться из недорогих материалов.
Список буферов Гуда
В следующей таблице представлены значения p K a при 20 °C. Значения изменяются примерно на 0,01 на градус температуры. [1] [3] В оригинальной статье Гуда 1966 года для сравнения были указаны два более старых буфера (отмечены курсивом ). В 1972 году Гуд опубликовал второй список с тремя буферами, а в 1980 году было добавлено еще пять.
| Буфер | п К а | Полезный диапазон pH | Дата добавления |
|---|---|---|---|
| МЧС | 6.15 | 5.5–6.7 | 1966 |
| АДА | 6.62 | 6,0–7,2 | 1966 |
| ТРУБЫ | 6.82 | 6.1–7.5 | 1966 |
| ТУЗЫ | 6.88 | 6.1–7.5 | 1966 |
| МОПСО | 6.95 | 6.2–7.6 | 1980 |
| Холамина хлорид | 7.10 | 1966 | |
| ШВАБРЫ | 7.15 | 6,5–7,9 | 1972 |
| БЭС | 7.17 | 6.4–7.8 | 1966 |
| ТЕС | 7.50 | 6.8–8.2 | 1966 |
| ХЕПЕС | 7.55 | 6.8–8.2 | 1966 |
| АЛКАШ | 7.60 | 7,0–8,2 | 1980 |
| ТАПСО | 7.60 | 7,0–8,2 | 1980 |
| Ацетамидоглицин [fr] | 7.70 | 1966 | |
| ПОПСО [фр] | 7.85 | 1980 | |
| ХЕППСО [фр] | 7.90 | 1980 | |
| ХЕППС | 8.10 | 7.6–8.6 | 1972 |
| Трицин | 8.15 | 7.4–8.8 | 1966 |
| Трис | 8.20 | 7,0–9,0 | 1966 |
| Глицинамид | 8.20 | 1966 | |
| Глицилглицин | 8.20 | 7,5–8,9 | 1966 |
| Бицин | 8.35 | 7,6–9,0 | 1966 |
| КРАНЫ | 8.55 | 7.7–9.1 | 1972 |
Все буферные агенты выполняют свою функцию, поскольку содержат кислотную группу (ацетат, фосфат, сульфонат ..) или основную группу (амино, пиридил ..). Следствием этого является то, что они могут образовывать комплексы с биологически важными ионами Na + , K + , Mg 2+ и Ca 2+ и могут конкурировать за ион металла, содержащийся в металлопротеине . Фактически, Гуд заявил, что «возможно, поиски универсальной биологической инертности бесполезны».
Буферы, содержащие пиперазин ( PIPES , HEPES , POPSO и EPPS ), могут образовывать радикалы, и их следует избегать при изучении окислительно-восстановительных процессов в биохимии. [4] [5]
Трицин фотоокисляется флавинами , и поэтому снижает активность ферментов флавонов при дневном свете. Свободные кислоты ADA, POPSO и PIPES плохо растворимы в воде, но они хорошо растворимы в виде мононатриевых солей. ADA поглощает УФ-свет ниже 260 нм , а ACES поглощает его при 230 нм и ниже.
На протяжении многих лет p K a s и другие термодинамические значения многих буферов Гуда были тщательно исследованы и переоценены. [6] В целом, Норман Гуд и его коллеги привлекли внимание научного сообщества к возможности и преимуществам использования цвиттерионных буферов в биологических исследованиях. С тех пор другие цвиттерионные соединения, включая AMPSO, CABS, CHES, CAPS и CAPSO, были исследованы для использования в биологическом контексте.
Смотрите также
Ссылки
- ^ ab Good, Norman E.; Winget, G. Douglas; Winter, Wilhelmina; Connolly, Thomas N.; Izawa, Seikichi; Singh, Raizada MM (1966). «Буферы водородных ионов для биологических исследований». Биохимия . 5 (2): 467–477. doi :10.1021/bi00866a011. PMID 5942950.
- ^ Good, Norman E.; Izawa, Seikichi (1972). Буферы водородных ионов . Methods Enzymol. Vol. 24. pp. 53–68. doi :10.1016/0076-6879(72)24054-x. ISBN 978-0-12-181887-6. PMID 4206745.
- ^ Аб Фергюсон, WJ; Брауншвейгер, КИ; Брауншвайгер, WR; Смит, младший; Маккормик, Джей-Джей; Васманн, CC; Джарвис, Северная Каролина; Белл, Д.Х.; Хорошо, Н.Э. (1980). «Буферы ионов водорода для биологических исследований». Анальный. Биохим . 104 (2): 300–310. дои : 10.1016/0003-2697(80)90079-2. ПМИД 7446957.
- ^ Грейди, Дж. К.; Частин, Н. Д.; Харрис, Д. К. (1988). «Радикалы из буферов «Гуда»». Anal. Biochem . 173 (1): 111–115. doi :10.1016/0003-2697(88)90167-4. PMID 2847586.
- ^ Кирш, М.; Ломоносова, Е.Е.; Корт, Х.-Г.; Сюстманн, Р.; де Гроот, Х. (1998). «Образование перекиси водорода при реакции пероксинитрита с HEPES и родственными третичными аминами. Последствия для общего механизма». J. Biol. Chem . 273 (21): 12716–12724. doi : 10.1074/jbc.273.21.12716 . PMID 9582295.
- ^ Goldberg, R.; Kishore, N.; Lennen, R. (2002). "Thermodynamic Quantities for the Ionization Reactions of Buffers" (PDF) . J. Phys. Chem. Ref. Data . 31 (2): 231–370. Bibcode :2002JPCRD..31..231G. doi :10.1063/1.1416902. Архивировано из оригинала (PDF) 2008-10-06.
