Ik krijg een aminozuur met een ioniseerbare zijketen bij een bepaalde pH. Hoe bepaal ik de netto lading van dat aminozuur als er gemengde protoneringstoestanden zijn van een of meer van de groepen bij die pH (pKa van de zijketen ligt bijvoorbeeld heel dicht bij de pH)?
Aminozuren hebben terminale carboxyl- en aminogroepen; sommige aminozuren hebben ioniseerbare zijketens. Bij het bepalen van de lading van een aminozuur moet je rekening houden met de pH en de pKa “s van elk van deze groepen. Wanneer de pKa van een groep (of meer) dicht genoeg bij de pH ligt, moet een fractie van de aminozuren zuren worden gedeprotoneerd bij die groep en de andere fractie van aminozuren wordt geprotoneerd bij die groep in oplossing. Dus bij het bepalen van de gemiddelde netto lading over het geheel (of een tijdgemiddelde lading van een enkel deeltje), moet je houd hier rekening mee.
Ik vraag naar de verwachte waarde van de nettolading (die geen geheel getal zou zijn); dit getal is bijvoorbeeld relevant voor de migratiesnelheid van het aminozuur (of een proteïne) in gelelektroforese of de sterkte van interactie met ionenuitwisselingschromatografiemedia.
Bijvoorbeeld, een carbonzuur / carboxylaatgroep bij een pH gelijk aan zijn pKa zou een gemiddelde lading hebben van min de helft omdat de helft van de functionele groepen zou geprotoneerd zijn (lading van nul) en de helft zou depro zijn tonated (lading van min één).
Reacties
- Onduidelijk wat je bedoelt met netto kosten hier. Is dit anders dan de lading op de soort?
- @Zhe Ik bedoel de netto lading van het aminozuur. Niet alleen de lading van elke zijketen of N / C-terminus – de som van alle groepen. Overal elders op internet had ik alleen een gemiddelde / afgeronde lading kunnen vinden. Ik moest tot op een decimaal ' s punt weten wat de lading van aminozuur is bij een bepaalde pH wanneer 1 of meer groepen een gedeeltelijke lading hebben.
- Waarom zou een groep een gedeeltelijke lading krijgen? Lading wordt gekwantiseerd …
- @Zhe Aminozuren hebben terminale carboxyl- en aminogroepen; sommige aminozuren hebben ioniseerbare zijketens. Bij het bepalen van de lading van een aminozuur moet je rekening houden met de pH en de pKa ' s van elk van deze groepen. Wanneer de pKa van een groep (of meer) dicht genoeg bij de pH ligt, wordt een fractie van de aminozuren bij die groep gedeprotoneerd en wordt de andere fractie van aminozuren geprotoneerd bij die groep in oplossing. Dus, bij het bepalen van de gemiddelde nettokosten, moet u hiermee rekening houden.
- Nee, dat ' is niet helemaal correct. Waar u om vraagt, is veel ingewikkelder dan u denkt. In oplossing heb je een dynamische mix van verschillende soorten met mogelijk verschillende ladingen. Deze soorten hebben allemaal gehele ladingen. Hoewel je misschien vraagt naar de verwachte waarde van de afschrijving (wat geen geheel getal zou zijn), is het niet helemaal duidelijk hoe dit getal relevant is voor een bruikbare fysieke grootheid.
Antwoord
De Henderson-Hasselbalch-relatie die elke ioniseerbare groep beschrijft, is:
$$ \ mathrm { pH} = \ mathrm {p} K_ \ mathrm {a} + \ log \ frac {\ ce {[A -]}} {\ ce {[AH]}} $$
We kunnen de verhouding oplossen:
$$ 10 ^ {(\ mathrm {pH} – \ mathrm {p} K_ \ mathrm {a})} = \ frac {\ ce {[A -]}} {\ ce {[AH]}} $$
We willen echter echt het geprotoneerde deel van het totaal (niet de verhouding van gedeprotoneerd naar geprotoneerd).
$$ 10 ^ {(\ mathrm {pH} – \ mathrm {p} K_ \ mathrm {a})} = \ frac {[\ mathrm {totaal}] – \ ce {[AH]}} {\ ce {[AH]}} = \ frac {[\ mathrm {totaal}]} {\ ce {[AH]}} – 1 $ $
Voeg een aan beide zijden toe: $$ 10 ^ {(\ mathrm {pH} – \ mathrm {p} K_ \ mathrm {a} )} + 1 = \ frac {[\ mathrm {total}]} {\ ce {[AH]}} $$
Neem het omgekeerde: $$ \ frac { \ ce {[AH]}} {[\ mathrm {totaal}]} = \ frac {1} {10 ^ {(\ mathrm {pH} – \ mathrm {p} K_ \ mathrm {a})} + 1} \ tag {1} $$
Dit is nog steeds algemeen voor elke zuur / base-groep. We zouden het bijvoorbeeld kunnen gebruiken om de lading ammoniak / ammonium te berekenen ( $ \ ce {NH3 (aq) + H + (aq) < = > NH4 + (aq)} $ ). Bij een zeer basische pH zou de lading nul zijn, bij een zeer zure pH +1. Om de gemiddelde lading bij elke pH te krijgen, nemen we de lading bij een zeer basische pH en voegen we het resultaat van vergelijking [1] toe met de $ \ mathrm {p} K_ \ mathrm {a} $ waarde van ammonium.
Voor elk aminozuur (of elk ander molecuul met ioniseerbare groepen met $ i $ verschillende $ \ mathrm {p} K_ \ mathrm {a} $ waarden), neem je de leiding over de soort bij een zeer basale pH (alle groepen gedeprotoneerd), plus het volgende:
$$ \ sum_i \ frac {1} {10 ^ {(\ mathrm {pH} – \ mathrm {p} K_ \ mathrm {a, i})} + 1} \ tag {2} $ $
Dit is slechts een benadering, omdat er mogelijk overspraak is tussen ioniseerbare groepen (dwz als een groep negatief geladen wordt, wordt het moeilijker voor de naburige groep om negatief geladen te worden ). Het wordt ook ingewikkelder voor polyprotische groepen, maar alle groepen in aminozuren zijn monoprotisch met water als oplosmiddel.