Mi viene somministrato un amminoacido con una catena laterale ionizzabile a un determinato pH. Come faccio a determinare la carica netta di quellamminoacido quando ci sono stati di protonazione misti di uno o più gruppi a quel pH (pKa della catena laterale, per esempio, è molto vicino al pH)?
Gli amminoacidi hanno gruppi carbossilici e ammino terminali; alcuni amminoacidi hanno catene laterali ionizzabili. Quando si determina la carica di un amminoacido, è necessario prendere in considerazione il pH e i pKa di ciascuno di questi gruppi. Quando il pKa di uno (o più) gruppi è abbastanza vicino al pH, una frazione dellammino gli acidi saranno deprotonati in quel gruppo e laltra frazione di amminoacidi sarà protonata in quel gruppo in soluzione. Pertanto, quando si determina la carica netta media nellinsieme (o una carica mediata nel tempo di una singola particella), è necessario tenerne conto.
Chiedo il valore atteso della carica netta (che non sarebbe un numero intero); questo numero è rilevante, ad esempio, per la velocità di migrazione dellamminoacido (o una proteina) nellelettroforesi su gel o la forza dellinterazione con i mezzi di cromatografia a scambio ionico.
Ad esempio, un gruppo acido carbossilico / carbossilato a un pH uguale al suo pKa avrebbe una carica media di meno la metà perché metà dei gruppi funzionali verrebbero protonati (carica pari a zero) e metà sarebbe depro tonica (carica di meno uno).
Commenti
- Non è chiaro cosa intendi per addebito netto qui. È diverso dalla carica sulla specie?
- @Zhe intendo la carica netta dellamminoacido. Non solo la carica di ciascuna catena laterale o terminale N / C, la somma di tutti i gruppi. In qualsiasi altra parte di Internet, ero riuscito a trovare solo una tariffa media / arrotondata. Avevo bisogno di sapere, a un ' punto decimale, qual è la carica dellamminoacido a un certo pH quando uno o più gruppi ha una carica parziale.
- Perché un gruppo dovrebbe avere un addebito parziale? La carica è quantizzata …
- @Zhe Gli amminoacidi hanno gruppi carbossilici e ammino terminali; alcuni amminoacidi hanno catene laterali ionizzabili. Quando si determina la carica di un amminoacido, è necessario prendere in considerazione il pH e i pKa ' di ciascuno di questi gruppi. Quando il pKa di un gruppo (o più) è abbastanza vicino al pH, una frazione degli amminoacidi sarà deprotonata in quel gruppo e laltra frazione degli amminoacidi sarà protonata in quel gruppo in soluzione. Pertanto, quando si determina laddebito netto medio, è necessario tenerne conto.
- No, ' non è del tutto corretto. Quello che chiedi è molto più complicato di quanto pensi. In soluzione, hai una miscela dinamica di specie diverse con cariche possibilmente diverse. Queste specie hanno tutte cariche intere. Sebbene tu possa chiedere il valore atteso delladdebito (che non sarebbe un numero intero), non è del tutto chiaro in che modo questo numero sia rilevante per qualsiasi quantità fisica utile.
Risposta
La relazione Henderson-Hasselbalch che descrive ogni gruppo ionizzabile è:
$$ \ mathrm { pH} = \ mathrm {p} K_ \ mathrm {a} + \ log \ frac {\ ce {[A -]}} {\ ce {[AH]}} $$
Possiamo risolvere il rapporto:
$$ 10 ^ {(\ mathrm {pH} – \ mathrm {p} K_ \ mathrm {a})} = \ frac {\ ce {[A -]}} {\ ce {[AH]}} $$
Tuttavia, vogliamo veramente la frazione di protonato tra il totale (non il rapporto da deprotonato a protonato).
$$ 10 ^ {(\ mathrm {pH} – \ mathrm {p} K_ \ mathrm {a})} = \ frac {[\ mathrm {total}] – \ ce {[AH]}} {\ ce {[AH]}} = \ frac {[\ mathrm {total}]} {\ ce {[AH]}} – 1 $ $
Aggiungine uno a entrambi i lati: $$ 10 ^ {(\ mathrm {pH} – \ mathrm {p} K_ \ mathrm {a} )} + 1 = \ frac {[\ mathrm {total}]} {\ ce {[AH]}} $$
Prendi il reciproco: $$ \ frac { \ ce {[AH]}} {[\ mathrm {total}]} = \ frac {1} {10 ^ {(\ mathrm {pH} – \ mathrm {p} K_ \ mathrm {a})} + 1} \ tag {1} $$
Questo è ancora generale per qualsiasi gruppo acido / base. Ad esempio, potremmo usarlo per calcolare la carica di ammoniaca / ammonio ( $ \ ce {NH3 (aq) + H + (aq) < = > NH4 + (aq)} $ ). A pH molto basico, la carica sarebbe zero, a pH molto acido, +1. Per ottenere la carica media a qualsiasi pH, prendiamo la carica a pH molto basico e aggiungiamo il risultato dellequazione [1] usando $ \ mathrm {p} K_ \ mathrm {a} $ valore dellammonio.
Per qualsiasi amminoacido (o qualsiasi altra molecola con gruppi ionizzabili con $ i $ diversi $ \ mathrm {p} K_ \ mathrm {a} $ valori), prendi in carico la specie con un pH molto basico (tutti i gruppi deprotonati), più quanto segue:
$$ \ sum_i \ frac {1} {10 ^ {(\ mathrm {pH} – \ mathrm {p} K_ \ mathrm {a, i})} + 1} \ tag {2} $ $
Questa è solo unapprossimazione perché potrebbe esserci un dialogo incrociato tra i gruppi ionizzabili (cioè se un gruppo diventa carico negativamente, diventa più “difficile” per il gruppo vicino diventare carico negativamente ). Diventa anche più complicato per i gruppi poliprotici, ma tutti i gruppi negli amminoacidi sono monoprotici con lacqua come solvente.