Mi se dă un aminoacid cu un lanț lateral ionizabil la un anumit pH. Cum pot determina sarcina netă a acelui aminoacid atunci când există stări de protonație mixte ale uneia sau mai multor grupe la acel pH (pKa de lanț lateral, de exemplu, este cu adevărat aproape de pH)?
Aminoacizii au grupe carboxil și amino terminale; unii aminoacizi au lanțuri laterale ionizabile. Când determinați încărcătura unui aminoacid, trebuie să luați în considerare pH-ul și pKa-urile fiecăreia dintre aceste grupuri. Când pKa dintr-un grup (sau mai mult) este suficient de apropiată de pH, o fracțiune din amino acizii vor fi deprotonați la acel grup și cealaltă fracție de aminoacizi va fi protonată la acel grup în soluție. Astfel, atunci când se determină sarcina netă medie pe ansamblu (sau o sarcină mediată în timp a unei singure particule), trebuie să luați în considerare acest lucru.
Cer valoarea preconizată a taxei nete (care nu ar fi un număr întreg); acest număr este relevant, de exemplu, pentru viteza de migrare a aminoacidului (sau o proteină) în electroforeza pe gel sau puterea de interacțiune cu mediul de cromatografie cu schimb de ioni. jumătate din grupurile funcționale ar fi protonate (sarcină zero) și jumătate ar fi depro tonat (taxă de minus unu).
Comentarii
- Nu știți clar ce înțelegeți prin taxă netă aici. Este diferit de încărcarea pe specie?
- @Zhe mă refer la sarcina netă a aminoacidului. Nu doar încărcarea fiecărui lanț lateral sau capătul N / C – suma tuturor grupurilor. Oriunde altundeva pe internet, găsisem doar o taxă medie / rotunjită. Trebuia să știu, până la un punct zecimal ', care este sarcina aminoacizilor la un anumit pH atunci când 1 sau mai multe grupuri au o sarcină parțială.
- De ce ar avea un grup o taxă parțială? Încărcarea este cuantificată …
- @ aminoacizii au grupe carboxil și amino terminale; unii aminoacizi au lanțuri laterale ionizabile. Când determinați încărcătura unui aminoacid, trebuie să luați în considerare pH-ul și pKa ' s pentru fiecare dintre aceste grupuri. Când pKa dintr-un grup (sau mai mult) este suficient de apropiat de pH, o fracțiune din aminoacizii va fi deprotonată la acel grup și cealaltă fracție de aminoacizi va fi protonată la acel grup în soluție. Astfel, atunci când determinați taxa medie netă, trebuie să țineți cont de acest lucru.
- Nu, ' nu este chiar corect. Ceea ce cereți este mult mai complicat decât credeți. În soluție, aveți un amestec dinamic de diferite specii cu sarcini diferite. Toate aceste specii au sarcini întregi. Deși s-ar putea să cereți valoarea așteptată a taxei (care nu ar fi un număr întreg), nu este clar în ce măsură acest număr este relevant pentru orice cantitate fizică utilă.
Răspuns
Relația Henderson-Hasselbalch care descrie fiecare grup ionizabil este:
$$ \ mathrm { pH} = \ mathrm {p} K_ \ mathrm {a} + \ log \ frac {\ ce {[A -]}} {\ ce {[AH]}} $$
Putem rezolva raportul:
$$ 10 ^ {(\ mathrm {pH} – \ mathrm {p} K_ \ mathrm {a})} = \ frac {\ ce {[A -]}} {\ ce {[AH]}} $$
Cu toate acestea, vrem cu adevărat fracția de protonat dintre total (nu raportul de deprotonat la protonat).
$ $ 10 ^ {(\ mathrm {pH} – \ mathrm {p} K_ \ mathrm {a})} = \ frac {[\ mathrm {total}] – \ ce {[AH]}} {\ ce {[AH]}} = \ frac {[\ mathrm {total}]} {\ ce {[AH]}} – 1 $ $
Adăugați unul pe ambele părți: $ $ 10 ^ {(\ mathrm {pH} – \ mathrm {p} K_ \ mathrm {a} )} + 1 = \ frac {[\ mathrm {total}]} {\ ce {[AH]}} $$
Luați reciprocitatea: $$ \ frac { \ ce {[AH]}} {[\ mathrm {total}]} = \ frac {1} {10 ^ {(\ mathrm {pH} – \ mathrm {p} K_ \ mathrm {a})} + 1} \ tag {1} $$
Acest lucru este încă general pentru orice grup de acizi / baze. De exemplu, l-am putea folosi pentru a calcula taxa de amoniac / amoniu ( $ \ ce {NH3 (aq) + H + (aq) < = > NH4 + (aq)} $ ). La pH foarte bazic, sarcina ar fi zero, la pH foarte acid, +1. Pentru a obține încărcarea medie la orice pH, luăm sarcina la un pH foarte de bază și adăugăm rezultatul ecuației [1] folosind $ \ mathrm {p} K_ \ mathrm {a} $ valoarea amoniului.
Pentru orice aminoacid (sau orice altă moleculă cu grupuri ionizabile cu $ i $ diferit $ \ valorile mathrm {p} K_ \ mathrm {a} $ ), veți prelua sarcina speciei la un pH foarte de bază (toate grupurile deprotonate), plus următoarele:
$$ \ sum_i \ frac {1} {10 ^ {(\ mathrm {pH} – \ mathrm {p} K_ \ mathrm {a, i})} + 1} \ tag {2} $ $
Aceasta este doar o aproximare, deoarece ar putea exista unele discuții încrucișate între grupuri ionizabile (de exemplu, dacă un grup devine încărcat negativ, devine mai „dificil” pentru grupul vecin să devină încărcat negativ ). De asemenea, devine mai complicat pentru grupurile poliprotice, dar toate grupurile din aminoacizi sunt monoprotice cu apă ca solvent.