Minulle annetaan aminohappo, jolla on ionisoitava sivuketju tietyssä pH: ssa. Kuinka määritän kyseisen aminohapon nettovarauksen, kun yhdellä tai useammalla ryhmällä on sekoitettuja protonaatiotiloja tässä pH: ssa (esimerkiksi sivuketjun pKa on todella lähellä pH: ta)?
Aminohapoilla on terminaaliset karboksyyli- ja aminoryhmät; joillakin aminohapoilla on ionisoitavia sivuketjuja. Aminohapon varausta määritettäessä on otettava huomioon näiden ryhmien pH ja pKa ”. Kun yhden tai useamman ryhmän pKa on riittävän lähellä pH: ta, osa aminohaposta hapot deprotonoidaan tuossa ryhmässä ja aminohappojen toinen osa protonoituu kyseisessä ryhmässä liuoksessa.Näin ollen, määritettäessä keskimääräistä nettovarausta koko ryhmässä (tai yhden hiukkasen ajallisesti keskiarvona olevaa varausta), ota tämä huomioon.
Pyydän nettovarauksen odotettua arvoa (joka ei olisi kokonaisluku); tämä luku on merkityksellinen esimerkiksi aminohapon (tai proteiini) geelielektroforeesissa tai vuorovaikutuksen voimakkuudessa ioninvaihtokromatografian väliaineiden kanssa. puolet toiminnallisista ryhmistä olisi protonoitu (nollan varaus) ja puolet depro äänisen (lataus miinus yksi).
Kommentit
- Selvitä, mitä tarkoitat tässä nettomaksulla. Onko tämä erilainen kuin lajin varaus?
- @Zhe tarkoitan aminohapon nettovarausta. Ei vain kunkin sivuketjun tai N / C-pään varaus – kaikkien ryhmien summa. Kaikkialla muualla Internetissä olin löytänyt vain keskimääräisen / pyöristetyn latauksen. Minun piti tietää, desimaalin tarkkuudella ' s, mikä aminohapon varaus on tietyssä pH: ssa, kun yhdellä tai useammalla ryhmällä on osittainen varaus.
- Miksi ryhmällä olisi osittainen veloitus? Lataus kvantisoidaan …
- @Zhe-aminohapoissa on terminaalisia karboksyyli- ja aminoryhmiä; joillakin aminohapoilla on ionisoitavia sivuketjuja. Aminohapon varausta määritettäessä on otettava huomioon näiden ryhmien pH ja pKa ' s. Kun yhden (tai useamman) ryhmän pKa on riittävän lähellä pH: ta, osa aminohapoista deprotonoidaan tuossa ryhmässä ja toinen aminohappojen osa protonoidaan kyseisessä ryhmässä liuoksessa. Keskimääräistä nettomaksua määritettäessä on siis otettava tämä huomioon.
- Ei, että ' ei ole aivan oikein. Se, mitä pyydät, on paljon monimutkaisempaa kuin luulet. Ratkaisussa sinulla on dynaaminen sekoitus erilaisia lajeja, joilla on mahdollisesti erilaiset varaukset. Kaikilla näillä lajeilla on kokonaisluvut. Vaikka saatat kysyä varauksen odotettua arvoa (joka ei olisi kokonaisluku), ei ole täysin selvää, kuinka tämä luku on merkityksellinen minkä tahansa hyödyllisen fyysisen määrän suhteen.
Vastaus
Henderson-Hasselbalch-suhde, joka kuvaa kutakin ionisoitavaa ryhmää, on:
$$ \ mathrm { pH} = \ mathrm {p} K_ \ mathrm {a} + \ log \ frac {\ ce {[A -]}} {\ ce {[AH]}} $$
Voimme ratkaista suhteen:
$$ 10 ^ {(\ mathrm {pH} – \ mathrm {p} K_ \ mathrm {a})} = \ frac {\ ce {[A -]}} {\ ce {[AH]}} $$
Haluamme kuitenkin todella protonoidun osan kokonaismäärästä (ei suhdetta) poistettu protonoidusta).
$$ 10 ^ {(\ mathrm {pH} – \ mathrm {p} K_ \ mathrm {a})} = \ frac {[\ mathrm {total}] – \ ce {[AH]}} {\ ce {[AH]}} = \ frac {[\ mathrm {total}]} {\ ce {[AH]}} – 1 $ $
Lisää yksi molemmille puolille: $$ 10 ^ {(\ mathrm {pH} – \ mathrm {p} K_ \ mathrm {a} )} + 1 = \ frac {[\ mathrm {total}]} {\ ce {[AH]}} $$
Ota vastavuoroinen: $$ \ frac { \ ce {[AH]}} {[\ mathrm {total}]} = \ frac {1} {10 ^ {(\ mathrm {pH} – \ mathrm {p} K_ \ mathrm {a})} + 1} \ tag {1} $$
Tämä on edelleen yleistä kaikille happo- / emäsryhmille. Voisimme esimerkiksi käyttää sitä laskemaan ammoniakin / ammoniumpanoksen ( $ \ ce {NH3 (aq) + H + (aq) < = > NH4 + (aq)} $ ). Hyvin emäksisessä pH: ssa varaus olisi nolla, hyvin happamassa pH-arvossa +1. Saadaksesi keskimääräisen varauksen missä tahansa pH-arvossa, otamme varauksen hyvin emäksisessä pH-arvossa ja lisätään yhtälön [1] tulos käyttämällä $ \ mathrm {p} K_ \ mathrm {a} ammoniumin arvo $ .
Mikä tahansa aminohappo (tai mikä tahansa muu molekyyli, jossa on ionisoituvia ryhmiä, joissa on $ i $ eri $ \ mathrm {p} K_ \ mathrm {a} $ -arvot), otat lajin maksun hyvin emäksisessä pH: ssa (kaikki ryhmät poistettu) ja seuraavat:
$$ \ sum_i \ frac {1} {10 ^ {(\ mathrm {pH} – \ mathrm {p} K_ \ mathrm {a, i})} + 1} \ tag {2} $ $
Tämä on vain arvio, koska ionisoituvien ryhmien välillä voi olla jonkin verran ristipuhetta (ts. jos yhdestä ryhmästä tulee negatiivinen varaus, naapuriryhmän on vaikeampaa latautua negatiivisesti ). Se monimutkaistuu myös polyproottisten ryhmien kohdalla, mutta kaikki aminohapporyhmät ovat monoproteisia vedellä liuottimena.