Calorimetría isoterma de titulación

miniatura|260x260px|MicroCal. VP-ITC nunha caixa de luvas.
En termodinámica química, a **calorimetría isoterma de titulación** ou calorimetría isotérmica de titulación (**CIT** ou **ITC** na literatura inglesa) é unha técnica física usada para determinar os parámetros termodinámicos das interaccións nunha solución. A CIT é a única técnica con capacidade de caracterizar completamente os perfís termodinámicos e cinéticos dunha interacción molecular ao determinar simultaneamente as constantes de unión (K_a), a estequiometría da reacción (n), a entalpía (\Delta H), a enerxía libre de Gibbs (\Delta G) e a entropía (\Delta S) cun só experimento. Consta de dúas células que están encerradas nunha cuberta adiabática. 

Os compostos que se van estudar sitúanse na célula de mostras, mentres que a outra célula, a célula de referencia, utilízase como control e contén o tampón no cal a mostra se disolve. A técnica cuantifica a calor liberada ou absorbida durante o proceso de unión ao engadir incrementalmente un reactivo (por medio dunha xeringa) a outro (na célula de mostras) mentres se mantén a temperatura e a presión constantes. Os aparellos sensibles á calor na CIT detectan as variacións de temperatura entre as dúas células, transmitindo esta información aos quentadores que se axustan en consecuencia para restaurar o equilibrio térmico entre as células. Esta enerxía convértese en entalpía de unión usando a información sobre as concentracións dos reactivos e o volume da célula.

## Historia da CIT 
A historia da CIT pode remontarse ata a década de 1930 cando se utilizou a calorimetría isoterma para o estudo de reaccións químicas. En 1965 Christensen e Izatt introduciron a calorimetría de titulación como método para deteminar simultaneamente a constante de equilibrio e a entalpía. As técnicas de CIT foron desenvolvidas por H. D. Johnston en 1968 como parte da súa tese de doutoramento na Universidade de Brigham Young, e foron consideradas unha área especializada ata que a introduciu comercialmente MicroCal Inc. en 1988. En 1978, Beaudette e Langerman realizaron un dos primeiros estudos de unión calorimétricos usando un calorímetro de titulación isoperibol de pequeno volume Agora as súas aplicacións son máis amplas, grazas ás melloras modernas, o que fixo posible medir efectos da calor de tan só 0,1 μcal (0,4 μJ) e determinar constantes de unión (K) elevadas de ata 108–109 M−1. Isto conséguese medindo as entalpías dunha serie de reaccións de unión causadas por inxeccións dunha solución dunha molécula a unha célula de reacción que contén unha solución doutra molécula. A partir da gráfica determínanse a entalpía da reacción molar \Delta H, a constante de afinidade (K_a) e a estequiometría polo axuste de curvas. O valor c debe estar entre 1 e 1000, idealmente entre 10 e 100. En termos de afinidade de unión, sería aproximadamente desde 1,0 \times 10^3  ~ 10^7 dentro do rango límite. Se non está entre o rango mencionado, os valores termodinámicos obtidos do experimento son menos robustos para facer unha interpretación.

## Medidas instrumentais 
[miniatura|400x400px|Esquema dun instrumento de CIT que mostra a célula de referencia, a célula de mostras e a inxección do [ligando.]]
Un calorímetro de titulación isoterma está composto por dúas células idénticas feitas dun material condutor térmico moi eficiente e quimicamente inerte, como a aliaxe Hastelloy ou ouro, rodeado por unha cuberta adiabática. Aínda que este exemplo é entre un metal e un ligando, é aplicable a calquera experimento de CIT que teña que ver con interaccións de unión.

Como parte da análise, son necesarios un número de protóns para calcular a termodinámica independente do solvente. Nos primeiros tempos, esta técnica utilizábase para determinar valores termodinámicos fundamentais para interaccións moleculares pequenas básicas. En anos máis recentes, a CIT utilizouse en áreas con máis aplicacións industriais, como o descubrimento de fármacos e o testado de materiais sintéticos. e independentes de tampón son relativamente máis difíciles de obter.

### Cinética encimática 
Usando datos termodinámicos de CIT, é posible deducir a cinética encimática incluíndo a transferencia de electróns e protóns, alostería e cooperatividade e a inhibición encimática. Os instrumentos modernos de CIT poden medir valores de calor de só 0,1 μcal/sec, o que permite unha determinación precisa das velocidades de reacción no rango de 10−12 mol/sec e a CIT pode determinar valores para a Km e a kcat, nos rangos de 10−2–103 μM e 0,05–500 sec−1, respectivamente. En canto ao cálculo, as constantes de equilibrio e as pendentes de unión poden utilizarse directamente para determinar a alostería e a transferencia de carga, comparando datos experimentais de diferentes condicións (pH, uso de cadeas de péptido e sitios de unión mutados, etc.). Esta característica tamén se aplica en estudos de proteínas que se autoensamblan, especialmente no uso de medir a termodinámica da súa transformación estrutural.

### Desenvolvemento de fármacos 
A CIT pode proporcionar ideas para o desenvolvemento de fármacos ao carcterizar a afinidade, selectividade, cambios conformacionais inducidos por ligando e repartición de fármacos en mambranas. Cada composto quiral ten as súas propias propiedades características e mecanismos de unión que se poden comparar entre si, o cal orixina diferenzas nas propiedades termodinámicas. Unindo solucións quirais nun sitio de unión pode deducirse o tipo de quiralidade e, dependendo do propósito, qué composto quiral é o máis axeitado para unirse.

### Interaccións de unións de metais 
Unir ións metálicos a proteínas e outros compoñentes do material biolóxico é un dos usos máis populares da CIT, como o estudo da unión da ovotransferrina ao ferro férrico publicado por Lin et al. de MicroCal Inc. Isto débese a que algúns dos ións metálicos utilizados en sistemas biolóxicos teñen configuracións electrónicas d10 que non se poden estudar con outras técnicas comúns como a espectrometría UV-Vis ou a resonancia paramagnética de electróns.

### Nanotubos de carbono e materiais relacionados 
A técnica foi moi utilizada no estudo de nanotubos de carbono para determinar as interaccións de unión termodinámicas con moléculas biolóxicas e interaccións de compositos de grafeno. Outro uso notable da CIT con nanotubos de carbono é a optimización da preparación de nanotubos de carbono a partir de compostos de grafeno e alcohol polivinílico (PVA). O proceso de ensamblaxe do PVA pode medirse termodinamicamente, xa que mesturar os dous ingredientes é unha reacción exotérmica, e a súa unión adoita poder observarse ben coa CIT.

### Interaccións nanopartícula-proteína 
A CIT é cada vez máis utilizada para estudar as interaccións proteína-nanopartícula que proporcionan datos clave sobre a afinidade de unión (en forma de constantes de asociación), mecanismos de interacción (cuantificados por medio da entalpía de unión, entropía de unión e enerxía libre de Gibbs), e estequiometría de unión. Cando a entalpía de unión está próxima a cero, a CIT pode non conseguir xerar datos de interacción significativos, e produce no seu lugar unha serie de picos uniformes pequenos que resultan en termogramas planos e pouco informativos.

A CIT tamén é susceptible á interferencia de sinais de calor non relacionadas, facendo difícil illar e interpretar os cambios de calor asociados coa interacción de interese. Outras limitacións son as restricións de solubilidade, as dificultades á hora de determinar con precisión a concentración de proteínas e a necesidade de preparar o ligando nas mesmas condicións de solución que a proteína para ter medidas fiables.

## Notas 
## Véxase tamén 
### Outros artigos 
* Calorimetría de varrido diferencial
* Interferometría de polarización dual
* Calorimetría de sorción
* Calorimetría de perturbación de presión
* Resonancia plasmónica de superficie

### Bibliografía 
* Obdulio López Mayorga. *Calorimetría Isotérmica de Titulación (ITC)*. Departamento de Química Física. Universidade de Granada.