圧力ジャンプ

圧力ジャンプは、化学反応速度論の研究に用いられる手法です。実験系の圧力を急激に変化させ、平衡状態または定常状態への回帰を観察する手法です。これにより、数ミリ秒から数時間（あるいはそれ以上）の期間で平衡に達する反応の平衡状態の変化を研究することができます。[1]これらの変化は、多くの場合、吸光分光法や蛍光分光法を用いて観察されますが、 CD [2] 、FTIR [3]、NMR [4]などの他の分光法も使用できます。

歴史的に、圧力の急激な低下は一方向に限られていました。最も一般的には、急速な圧力低下はクイックリリースバルブまたは高速バーストメンブレンを用いて達成されました。[5] 現代の装置は、二重リザーバー配置[6]（大きな圧力変化に適する）または圧電アクチュエータで駆動されるピストン[7]（バルブベースのアプローチよりも高速であることが多い）のいずれかを用いて、双方向の圧力変化を実現できます。超高速の圧力低下は、電気的に分解されるバーストメンブレンを用いることで実現できます。[8] 反応振幅が小さい場合が多いため、測定を自動的に繰り返し、結果を平均化する機能は有用です。

反応の分数的程度（すなわち、測定可能な種の濃度のパーセンテージ変化）は、反応物と生成物の間のモル体積変化（ΔV°）と平衡位置に依存します。Kを平衡定数、Pを圧力とすると、体積変化は以下のように表されます。

Δ V o ＝ − R T （ ∂ ln ⁡ K ∂ P ） T {\displaystyle \Delta V^{o}=-RT\left({\frac {\partial \ln K}{\partial P}}\right)_{T}}

ここで、Rは気体定数、Tは絶対温度です。したがって、体積変化は、反応に伴う ギブス自由エネルギーの変化の圧力依存性として理解できます。

圧力ジャンプ実験において、反応の単一ステップが摂動を受けると、反応は単一の指数関数的減衰関数に従い、その逆数時定数（1/τ）は順方向および逆方向の固有反応速度定数の和に等しくなります。より複雑な反応ネットワークにおいて、複数の反応ステップが摂動を受ける場合、逆数時定数は特性反応速度式の固有値によって与えられます。反応経路における中間ステップを観察できることは、この技術の魅力的な特徴の一つです。[9]

参考文献

  1. ^ これは、冷却曲線が通常、時間枠を 1 分程度に制限する温度ジャンプとは対照的です。
  2. ^ Gruenewald B, Knoche W (1978). 「圧力ジャンプ法による光学回転と円二色性の検出」Review of Scientific Instruments . 49 (6): 797– 801. Bibcode :1978RScI...49..797G. doi :10.1063/1.1135618. PMID  18699196.
  3. ^ Schiewek M, Krumova M, Hempel G, Blume A (2007). 「IR検出とミリ秒時間分解能を備えた圧力ジャンプ緩和セットアップ」. Review of Scientific Instruments . 78 (4) 045101. Bibcode :2007RScI...78d5101S. doi :10.1063/1.2719020. PMID  17477687.
  4. ^ Heuer U, Krumova M, Hempel G, Schiewek M, Blume A (2010). 「250 barsまでの圧力ジャンプ実験および3 msのジャンプ時間のためのNMRプローブ」Review of Scientific Instruments . 81 (10) 105102. Bibcode :2010RScI...81j5102H. doi :10.1063/1.3481164. PMID  21034114.
  5. ^ Pörschke D (1982).生物系における高速運動学の研究方法：Davies DB, Saenger W, Danyluk SS (編) 構造分子生物学. Plenum Publishing Corp. ISBN 0-306-40982-8。
  6. ^ Marchal S, Font J, Ribó M, Vilanova M, Phillips RS, Lange R, Torrent J (2009). 「タンパク質構造変化の非対称動力学」. Accounts of Chemical Research . 42 (6): 778– 87. doi :10.1021/ar800266r. PMID  19378977.
  7. ^ Pearson DS, Holtermann G, Ellison P, Cremo C, Geeves MA (2002). 「タンパク質-リガンドおよびタンパク質-タンパク質相互作用の微量解析のための新規圧力ジャンプ装置：骨格筋および平滑筋ミオシンサブフラグメント1へのヌクレオチド結合への応用」. Biochemical Journal . 366 (2): 643– 651. doi :10.1042/BJ20020462. PMC 1222786. PMID  12010120 . 
  8. ^ Dumont C, Emilsson T , Gruebele M (2009). 「マイクロ秒未満の大きな圧力ジャンプによるタンパク質フォールディング速度限界への到達」Nature Methods 6 (7): 515–9 . doi :10.1038/nmeth.1336. PMID  19483692.
  9. ^ Malnási-Csizmadia, A; Pearson, DS; Kovács, M.; Woolley, RJ; Geeves, MA; Bagshaw, CR (2001). 「トリプトファン残基を1つ含む細胞性粘菌ミオシンII変異体を用いた緩和法による構造遷移およびATP加水分解段階の速度論的解析」生化学40 ( 42): 12727– 12737. doi :10.1021/bi010963q. PMID  11601998.
「https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Pressure_jump&oldid=1307364932」より取得