pHherkkyys

pHherkkyys tarkoittaa järjestelmän tai molekyylimaisen komponentin herkkyyttä pH:n muutoksille. Se kuvaa sitä, miten toiminta tai rakenne reagoi protonipitoisuuden vaihteluihin, usein pienillä pH-arvojen muutoksilla. pH-herkkyys liittyy sekä kemiallisiin että biokemiallisiin ilmiöihin, ja sitä arvioidaan mittaamalla esimerkiksi aktiivisuutta, konformatiivisia muutoksia tai sidonnan ominaisuuksia eri pH-olosuhteissa.

Mekanismin taustalla ovat ionisaatioasteiden muutokset, proteiinien ja nukleiinihappojen konformaatio sekä protoniliikkuvuus solussa tai rakenteissa. Yhdisteiden pKa-arvot määrittelevät, milloin tietyt ionisoituneet tai deprotonoidut muodot yleistyvät, mikä vaikuttaa esimerkiksi sen rakenteeseen, elektrostaattisiin vuorovaikutuksiin ja reaktiivisuuteen. pH-herkkyys ilmentyy usein erilaisten aineiden endosomissa tai ulko-olosuhteissa tapahtuvassa toiminnassa, kuten entsymaattisessa aktiivisuudessa tai rakenteiden stabiliteetissä.

Esimerkkejä

Biologisessa kontekstissa entsyymien pH-optima ovat yleisiä: pienet pH-muutokset voivat suurentaa tai heikentää entsyymin toimintaa. pH-sensorit, kuten pHluorin-perhe, mahdollistavat solun sisäisen pH:n mittaamisen fluoresenssilla. Ravinnossa ja lääketieteessä pH-herkkiä järjestelmiä käytetään esimerkiksi pH-vaihteluihin reagoivia lääkkeiden vapautusmekanismeja sekä pH-responsiivisia nanopartikkeli- tai liposomijärjestelmiä.

Mittaus ja sovellukset

Pohja-arviointi sisältää pH-käyrien laatimisen, jossa aktiivisuus, sidonta tai rakenne mitataan eri pH-arvoilla. Käytettyjä menetelmiä ovat entsymaattiset aktiivisuus- ja konformaatio-mittaukset sekä pH-sensorien sekä valon tai magneettisten menetelmien käytännön sovellukset. pHherkkyys on keskeinen tekijä bioteknologiassa, lääketieteessä ja ympäristönhallinnassa, missä sen ymmärtäminen mahdollistaa paremman kontrollin esimerkiksi lääkkeiden vapautuksesta, geneettisestä regulaatiosta sekä prosessien optimoinnista eri pH-ympäristöissä.