特定のpHでイオン化可能な側鎖を持つアミノ酸が与えられます。そのpHで1つまたは複数のグループの混合プロトン化状態がある場合（たとえば、側鎖のpKaが実際にpHに近い場合）、そのアミノ酸の正味電荷を決定するにはどうすればよいですか？
アミノ酸には末端のカルボキシル基とアミノ基があります。一部のアミノ酸にはイオン化可能な側鎖があります。アミノ酸の電荷を決定するときは、これらの各グループのpHとpKaを考慮する必要があります.1つのグループ（またはそれ以上）のpKaがpHに十分近い場合、アミノ酸の一部酸はそのグループで脱プロトン化され、アミノ酸の他の部分は溶液中のそのグループでプロトン化されます。したがって、アンサンブル全体の平均正味電荷（または単一粒子の時間平均電荷）を決定するときは、次のことを行う必要があります。これを考慮に入れてください。
正味電荷の期待値（整数ではない）を求めています。この数値は、たとえば、アミノ酸の移動速度（またはゲル電気泳動またはイオン交換クロマトグラフィー媒体との相互作用の強さにおけるタンパク質）。
たとえば、pKaに等しいpHのカルボン酸/カルボン酸基は、平均電荷がマイナス半分になるためです。官能基の半分はプロトン化され（電荷はゼロ）、半分は脱プロトン化されますトーン（マイナス1の料金）。
コメント
- ここでの正味料金の意味がわかりません。これは種の電荷とは異なりますか？
- @Zhe私はアミノ酸の正味の電荷を意味します。各側鎖またはN / C末端の電荷だけでなく、すべてのグループの合計。インターネット上の他のどこでも、私は平均/四捨五入された料金しか見つけることができませんでした。 'の10進数で、1つ以上のグループに部分電荷がある場合の特定のpHでのアミノ酸の電荷を知る必要がありました。
- グループが部分的に課金されるのはなぜですか？電荷は量子化されます…
- @Zheアミノ酸には末端のカルボキシル基とアミノ基があります。一部のアミノ酸にはイオン化可能な側鎖があります。アミノ酸の電荷を決定するときは、これらの各グループのpHとpKa 'を考慮する必要があります。 1つのグループ（またはそれ以上）のpKaがpHに十分近い場合、アミノ酸の一部はそのグループで脱プロトン化され、アミノ酸の他の部分は溶液中のそのグループでプロトン化されます。したがって、平均正味料金を決定するときは、これを考慮に入れる必要があります。
- いいえ、'は完全には正しくありません。あなたが求めていることは、あなたが思っているよりもはるかに複雑です。解決策では、おそらく異なる電荷を持つ異なる種の動的混合物があります。これらの種はすべて整数の電荷を持っています。料金の期待値（整数ではない）を尋ねることはできますが、この数値が有用な物理的量にどのように関連しているかは完全には明らかではありません。
回答
イオン化可能な各グループを説明するヘンダーソンハッセルバルチの関係は次のとおりです。
比率を解くことができます：
$$ 10 ^ {（\ mathrm {pH}-\ mathrm {p} K_ \ mathrm {a}）} = \ frac {\ ce {[A-]}} {\ ce {[AH]}} $$
ただし、実際には、比率ではなく、全体の中でプロトン化された割合が必要です。
$$ 10 ^ {（\ mathrm {pH}-\ mathrm {p} K_ \ mathrm {a}）} = \ frac {[\ mathrm {total}]-\ ce {[AH]}} {\ ce {[AH]}} = \ frac {[\ mathrm {total}]} {\ ce {[AH]}}-1 $ $
両側に1つ追加します： $$ 10 ^ {（\ mathrm {pH}-\ mathrm {p} K_ \ mathrm {a} ）} + 1 = \ frac {[\ mathrm {total}]} {\ ce {[AH]}} $$
逆数を取る： $$ \ frac { \ ce {[AH]}} {[\ mathrm {total}]} = \ frac {1} {10 ^ {（\ mathrm {pH}-\ mathrm {p} K_ \ mathrm {a}）} + 1} \ tag {1} $$
これは、どの酸/塩基グループでも一般的です。たとえば、これを使用して、アンモニア/アンモニウムの電荷を計算できます（ $ \ ce {NH3（aq）+ H +（aq）< = > NH4 +（aq）} $ ）。非常に塩基性のpHでは、電荷はゼロになり、非常に酸性のpHでは+1になります。任意のpHで平均電荷を取得するには、非常に塩基性のpHで電荷を取得し、 $ \ mathrm {p} K_ \ mathrm {a}を使用して式[1]の結果を追加します。アンモニウムの$ 値。
任意のアミノ酸（または $ i $ が異なる
$$ \ sum_i \ frac {1} {10 ^ {（\ mathrm {pH}-\ mathrm {p} K_ \ mathrm {a、i}）} + 1} \ tag {2} $ $
イオン化可能なグループ間でクロストークが発生する可能性があるため、これは概算にすぎません（つまり、1つのグループが負に帯電すると、隣接するグループが負に帯電しにくくなります）。 ）。 多プロトン性基の場合もより複雑になりますが、アミノ酸のすべての基は溶媒として水を含む単プロトン性です。