Dostávám aminokyselinu s ionizovatelným postranním řetězcem při určitém pH. Jak určím čistý náboj dané aminokyseliny, když jsou smíšené protonační stavy jedné nebo více skupin při tomto pH (například pKa postranního řetězce je opravdu blízko pH)?
Aminokyseliny mají koncové karboxylové a aminoskupiny; některé aminokyseliny mají ionizovatelné postranní řetězce. Při určování náboje aminokyseliny musíte vzít v úvahu pH a pKa každé z těchto skupin. Když je pKa jedné skupiny (nebo více) dostatečně blízko k pH, zlomek aminokyseliny kyseliny budou deprotonovány v této skupině a druhá frakce aminokyselin bude protonována v této skupině v roztoku. Při stanovení průměrného čistého náboje v celém souboru (nebo časově zprůměrovaného náboje jedné částice) musíte vezměte to v úvahu.
Žádám o očekávanou hodnotu čistého náboje (což by nebylo celé číslo); toto číslo je relevantní například pro rychlost migrace aminokyseliny (nebo protein) v gelové elektroforéze nebo intenzitě interakce s iontoměničovým chromatografickým médiem.
Například skupina karboxylová kyselina / karboxylát při pH rovném jejímu pKa by měla průměrný náboj minus jednu polovinu, protože polovina funkčních skupin by byla protonována (náboj nula) a polovina by byla depro tónovaný (poplatek minus jedna).
Komentáře
- Zde není jasné, co máte na mysli čistým poplatkem. Liší se to od poplatku na druhu?
- @ Zhe Mám na mysli čistý náboj aminokyseliny. Nejen náboj každého postranního řetězce nebo N / C-konec – součet všech skupin. Všude na internetu jsem byl schopen najít pouze průměrný / zaokrouhlený poplatek. Potřeboval jsem vědět, s desetinným ' s, jaký je náboj aminokyseliny při určitém pH, když 1 nebo více skupin má částečný náboj.
- Proč by skupina měla částečný poplatek? Poplatek je kvantován …
- @ Zhe Aminokyseliny mají koncové karboxylové a aminoskupiny; některé aminokyseliny mají ionizovatelné postranní řetězce. Při stanovení náboje aminokyseliny musíte vzít v úvahu pH a pKa ' s každé z těchto skupin. Když je pKa jedné skupiny (nebo více) dostatečně blízko k pH, bude frakce aminokyselin deprotonována v této skupině a druhá frakce aminokyselin bude protonována v této skupině v roztoku. Při stanovení průměrného čistého poplatku tedy musíte vzít v úvahu toto.
- Ne, to ' není zcela správné. To, co žádáte, je mnohem komplikovanější, než si myslíte. V řešení máte dynamickou směs různých druhů s možná různými náboji. Všechny tyto druhy mají celočíselné poplatky. I když můžete požádat o očekávanou hodnotu náboje (což by nebylo celé číslo), není zcela jasné, jak je toto číslo relevantní pro jakoukoli užitečnou fyzickou veličinu.
Odpověď
Henderson-Hasselbalchův vztah popisující každou ionizovatelnou skupinu je:
$$ \ mathrm { pH} = \ mathrm {p} K_ \ mathrm {a} + \ log \ frac {\ ce {[A -]}} {\ ce {[AH]}} $$
Můžeme vyřešit poměr:
$$ 10 ^ {(\ mathrm {pH} – \ mathrm {p} K_ \ mathrm {a})} = \ frac {\ ce {[A -]}} {\ ce {[AH]}} $$
Opravdu však chceme zlomek protonů mezi celkovým množstvím (ne poměr deprotonovaných až protonovaných).
$$ 10 ^ {(\ mathrm {pH} – \ mathrm {p} K_ \ mathrm {a})} = \ frac {[\ mathrm {total}] – \ ce {[AH]}} {\ ce {[AH]}} = \ frac {[\ mathrm {total}]} {\ ce {[AH]}} – 1 $ $
Přidejte jednu na obě strany: $$ 10 ^ {(\ mathrm {pH} – \ mathrm {p} K_ \ mathrm {a} )} + 1 = \ frac {[\ mathrm {total}]} {\ ce {[AH]}} $$
Vezměte reciproční: $$ \ frac { \ ce {[AH]}} {[\ mathrm {total}]} = \ frac {1} {10 ^ {(\ mathrm {pH} – \ mathrm {p} K_ \ mathrm {a})} + 1} \ tag {1} $$
Toto je pro všechny skupiny kyselin a zásad stále obecné. Mohli bychom ji například použít k výpočtu náboje amoniaku / amoniaku ( $ \ ce {NH3 (aq) + H + (aq) < = > NH4 + (aq)} $ ). Při velmi zásaditém pH by byl náboj nulový, při velmi kyselém pH +1. Abychom dostali průměrný náboj při jakémkoli pH, vezmeme náboj při velmi základním pH a přidáme výsledek rovnice [1] pomocí $ \ mathrm {p} K_ \ mathrm {a} Hodnota amoniaku $ .
Pro jakoukoli aminokyselinu (nebo jakoukoli jinou molekulu s ionizovatelnými skupinami s $ i $ různými $ \ mathrm {p} K_ \ mathrm {a} $ ), budete mít na starosti druh při velmi zásaditém pH (všechny skupiny deprotonizovány), plus následující:
$$ \ sum_i \ frac {1} {10 ^ {(\ mathrm {pH} – \ mathrm {p} K_ \ mathrm {a, i})} + 1} \ tag {2} $ $
Toto je pouze přibližné, protože mezi ionizovatelnými skupinami může docházet k vzájemné komunikaci (tj. pokud bude jedna skupina záporně nabitá, bude pro sousední skupinu „obtížnější“ záporně nabít ). Složitější je to také pro polyprotické skupiny, ale všechny skupiny v aminokyselinách jsou monoprotické s vodou jako rozpouštědlem.