Информации

Одредување нето полнење на амино киселина при дадена pH вредност

Одредување нето полнење на амино киселина при дадена pH вредност


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Се обидувам да го пресметам нето полнењето на аминокиселина, но изгледа дека го правам тоа погрешно. Прашањето на кое се обидувам да одговорам е „Во пуфер со pH 7.0, колку ќе биде полнењето на метионинот? Ние сме упатени на табела која ни ги дава следните информации:

$$pu{p}K{_pu{amathrm{1},ce{COO-}}}=2,28$$

$$pu{p}K{_pu{amathrm{2},ce{NH3+}}} = 9,21$$

$$pu{pI = 5,74}$$

Од она што го разбрав, ако pH > pI, (што е овде), аминокиселината треба да има негативен полнеж затоа што и покрај тоа што рН е доволно висока за да ги депротонира сите карбоксилни краеви и не е доволна за да ги депротонира сите амино краеви, бидејќи тој е повисок од pI некои од амино краевите се депротонирани (покрај сите карбоксилни краеви).

Сепак, мојата книга со одговори вели дека нето наплатата би била нула! Дали 5,74 и 7,0 се „доволно блиску“ за да можеме да сметаме дека нето наплатата е нула? Ако е така, кој е стандардниот дозволен „нејасни“ опсег? Ако не, тогаш што се случува овде?


Во право си во размислувањето: при која било pH вредност за која било титрирачка група, постои дистрибуција помеѓу протонираните и депротонираните видови. Можеме да ја пресметаме оваа дистрибуција и затоа просечниот полнеж на видот со равенката Хендерсон-Хаселбалх:

$$mathrm{pH = pKa + logleft(frac{[B]}{[A]}десно)}$$

Или, преуредено:

$$mathrm{frac{[B]}{[A]} = 10^{pH - pKa}}$$

Каде што A е конјугирана киселина и B е конјугирана база. За карбоксилите и примарните амини, ова може да се напише и како $ce{frac{[COO-]}{[COOH]}}$ и $ce{frac{[NH2]}{[NH3+]}}$ , соодветно. Како едноставен пример, ако pH е 2,28, односот помеѓу протонираната и депротонираната форма на карбоксилната група (pKa = 2,28) би бил $ce{frac{COO-}{COOH} = 10^0 = 1} $. Ова значи $ce{[COO-] = [COOH]}$ и затоа просечниот полнеж на карбоксилот е -0,5.

Сега, за случаи кога $mathrm{pH eq pKa}$, треба да ја одредиме молската фракција, $chi$, за секој наполнет вид. Имајќи предвид дека $mathrm{frac{[B]}{[A]} = frac{chi_B}{chi_A}}$ и $ce{chi_A + chi_B = 1}$, можеме да ги изведеме овие равенки:

$$mathrm{chi_{COO^-} = frac{1}{1 + 10^{pKa - pH}}}$$ $$mathrm{chi_{NH_3^+} = frac{1} {1 + 10^{pH - pKa}}}$$

Приклучувајќи ги броевите, добиваме:

$$mathrm{chi_{COO^-} приближно 0,999981}$$

$$mathrm{chi_{NH_3^+} приближно 0,993872}$$

Да се ​​каже на друг начин, ~ 99,9981% од карбоксилните групи се во депротонирана (негативна) состојба и ~ 99,3872% од амино групите се во протонирана (позитивна) состојба. Просечното полнење на метионин при pH 7 е едноставно збир на овие молови фракции, што го опфаќа полнењето на секој вид и е приближно еднакво на -0,006109. Претпоставувам дека учебникот ти е заокружен.


Можете да ги нацртате овие функции за да видите како полнењето варира со pH:


Нето полнење на протеин или полипептид

Единствената достапна алфа-амино група и алфа-карбоксилна група се на амино-крајот и карбокси-крајот соодветно. Другите алфа-амино и алфа-карбоксилни групи биле користени за создавање полипептидни врски и повеќе не постојат. Амино терминалот има pka од околу 9, така што е позитивно наелектризиран. Карбокси крајот има pKa од околу 2, така што е негативно наелектризиран.

R-групите на аланин, фенилаланин и пролин не се наплаќаат.

R-групата на лизин има pKa од околу 10,5 па затоа е позитивно наелектризирана.

R-групите и на аспарагинската киселина и на глутаминската киселина имаат pKa од околу 4, така што и двете се негативно наелектризирани.

Значи, има вкупно два позитивни полнежи, еден придонесе со алфа амино аланин и еден придонесе од R-групата на лизин. И, има вкупно четири негативни полнежи, еден од алфа-карбоксиот на аспартат, два од R-групите на аспартат и еден од R-групата на глутамат.

Со додавање на полнежите се добива нето полнење од минус 2 на полипептидот.

Проблем 2: Определете го полнењето на следниот полипептид при pH = 7,4

Единствената достапна алфа-амино група и алфа-карбоксилна група се на амино-крајот и карбокси-крајот соодветно. Другите алфа-амино и алфа-карбоксилни групи биле користени за создавање полипептидни врски и повеќе не постојат. Амино терминалот има pka од околу 9, така што е позитивно наелектризиран. Карбокси крајот има pKa од околу 2, така што е негативно наелектризиран.

R-групите на аланин, фенилаланин, пролин и глицин не се наплаќаат.

R-групата на аргинин има pKa од околу 12,5 па затоа е позитивно наелектризиран.

R-групите на глутамат имаат pKa од околу 4, па затоа е негативно наелектризиран.

Значи, има вкупно три позитивни полнежи, еден придонесе со алфа амино аланин и два придонесе од R-групите на аргинин. И, има вкупно два негативни полнежи, еден од алфа-карбокси на глицин и еден од R-групата на глутамат.

Со додавање на полнежите се добива нето полнење од плус еден полнеж на полипептидот.


Теорија:

Кривите на титрација се добиваат кога рН на даден волумен на раствор од примерок варира по последователно додавање киселина или алкали. Кривите обично се графици на pH во однос на волуменот на додадениот титрант или поточно во однос на бројот на додадени еквиваленти по мол од примерокот. Оваа крива емпириски дефинира неколку карактеристики. Прецизниот број на секоја карактеристика зависи од природата на киселината што се титрира:

1) бројот на јонизирачки групи, 2) pKa на јонизирачките групи, 3) тампонниот регион(и).

Сл: 1: Крива на титрација

Амино киселините се слаби полипротични киселини. Тие се присутни како цвитер јони на неутрална pH вредност и се амфотерни молекули кои можат да се титрираат и со киселина и со алкали. Сите амино киселини имаат кисела група (COOH) и базна група (NH).2) се прикачени на &алфа јаглеродот, а исто така содржат и јонизирани групи кои дејствуваат како слаби киселини или бази, испуштајќи или земајќи протони кога pH е изменета.

Силниот позитивен полнеж на амино групата предизвикува тенденција групата на карбоксилна киселина да губи протон, така што амино киселините се сметаат за силни киселини. Некои амино киселини имаат други јонизирани групи во нивните странични синџири и тие исто така може да се титрираат.


Кога аминокиселината се раствора во вода, таа претежно постои во изоелектрична форма. Изоелектричната точка, pI, е pH на воден раствор на амино киселина во која молекулите немаат нето полнење. Со други зборови, позитивно наелектризираните групи се точно избалансирани со негативно наелектризираните групи. Кога оваа растворена аминокиселина се титрира со киселина, таа делува како база, а со базата делува како киселина што ги прави амфотерна молекула.

Овие јонизации ја следат равенката Хендерсон-Хаселбалх:


Кога концентрацијата на непротонираната форма е еднаква на онаа на непротонираната форма, односот на нивните концентрации е еднаков на 1, а log 1=0. Оттука, pKa може да се дефинира како pH во која концентрациите на протонираните и непротонираните форми на одреден јонизиран вид се еднакви. На pKa, исто така, е еднаква на pH во која јонизирачката група е во својот најдобар пуферски капацитет, што е pH во која растворот најефективно се спротивставува на промените во pH.


РК е pH на средната точка на пуферскиот регион (каде што pH се менува само малку при додавање на киселина или база). рК е рН што одговара на точката на флексија во кривата на титрација. Крајната точка на кривата на титрација го претставува набљудуваниот крај на титрацијата.
Изоелектричната точка (изоелектрична pH pI) е pH во која аминокиселината има нето нула полнење. За едноставна дипротична амино киселина, pI паѓа на половина пат помеѓу двете pK вредности. За киселите амино киселини, pI е даден со ½(pK1 + pK2), а за базичните аминокиселини тој&rsquos даден со ½(pK2 + pK3).

Во овој експеримент ја дознаваме кривата на титрација на амино киселината Глицин.

Глицинот е дипротична амино киселина што значи дека има два дисоцијабилни протони, едниот на &алфа амино групата, а другиот на карбоксилната група. Во случајот на глицин, групата R не придонесува со раздвоен протон.

Дисоцијацијата на протонот се одвива по одреден редослед што зависи од киселоста на протонот: прво ќе се дисоцира оној што е најкисел и има помал pKa. Значи, H+ на &alpha-COOH групата (pKa1) ќе се дисоцира пред тоа на &alpha-NH3 групата (pKa2).


Како да го одредите полнењето на амино киселина при одредена pH вредност? ПОМОШ!

Читав за ова, но навистина не разбирам како одредувате каков полнеж имаат аминокиселините при ниска pH's и висока pH's. Како го одредувате ова?

МОРА да ги знаете структурите и својствата на функционалните групи за да го заклучите одговорот. На пример, прво погледнете ги карбоксилните и амино завршетоците. C-крајот е протониран (неутрално наелектризиран) на ниска pH вредност и депротониран при висока pH вредност (негативно наелектризиран). N-крајот исто така се протонира при ниска pH вредност (позитивно наелектризиран) и депротониран при висока pH вредност (неутрално наелектризиран).

Забележете како протонацијата различно влијае на полнењето за различни групи. Понекогаш поништува негативен полнеж за да ја направи функционалната група неутрална, а понекогаш внесува позитивен полнеж на група која претходно била неутрална.

Потоа, фрлете ја функционалната група како што е друга карбоксилна група на Asp или Glu, и ќе видите дека просечниот полнеж може да биде -1 ако двете COO- групи се депротонираат и NH3+ е протониран (-1 + (-1) + 1 = -1). Можете да дознаете на која pH се јавува од она што го објаснив погоре.


Преглед на тампон

Равенката Хендерсон-Хаселбах е исто така корисна за пресметување на составот на тампон решенија. Запомнете дека пуферските раствори се составени од слаба киселина и нејзината конјугирана база. Размислете за рамнотежата за слаба киселина, како оцетна киселина, и нејзината конјугирана база, ацетат:

Ако пуферскиот раствор содржи еднакви концентрации на оцетна киселина и ацетат, рН на растворот е:

Погледот на кривата на титрација за карбоксилната група на Gly (види погоре) покажува дека кога pH = pKa, наклонот на кривата (т.е. промената на pH со додавање на база или киселина) е на минимум. Како општо правило, пуфер раствор може да се направи за слаба киселина/база во опсег од +/- 1 pH единица од pKa на слабите киселини. При pH = pKa, пуферскиот раствор најдобро се спротивставува на додавање на киселина и на база, и оттука ја има својата најголема пуферска способност. Слабата киселина може да реагира со додадена силна база за да формира слаба конјугирана база, а конјугираната база може да реагира со додадена силна киселина за да формира слаба киселина (како што е прикажано подолу), така што промените на pH при додавање силна киселина и база се минимизираат.

  • додавањето на силна основа произведува слаба конјугирана основа: (mathrm<_<2>^<->>+ H_2O>)
  • додавањето на силна киселина произведува слаба киселина: (mathrm<_<2>^<->>десна стрелка CH_3CO_2H + H_2O>)

Постојат два едноставни начини да се направи баферирано решение. Размислете за пуфер раствор на оцетна киселина/ацетат.

  • направете еднаков моларен раствор од оцетна киселина и натриум ацетат и измешајте ги, следејќи ја pH вредноста со рН метар, додека не се постигне саканата pH вредност (+/- 1 единица од pKa).
  • се зема раствор од оцетна киселина и се додава NaOH во субстихиометриски количини додека не се постигне саканата pH вредност (+/- 1 единица од pKa). Во овој метод ја формирате конјугираната основа, ацетат, со додавање на слабата основа:

PI, pH и pKa

Кинетиката на протоните што се дисоцираат (и се поврзуваат) од киселината, А, може да се третира како и секоја друга реакција. Реакцијата на дисоцијација е:

$qquadголем <текстлеводесни харпуни текст^+ + ext^->$

каде што HA е киселината (на пр. хлороводородна киселина, HCl) и A- е она што е познато како конјугирана база (Cl- е конјугирана база на HCl). Константа на асоцијација, $K_a$, може да се дефинира исто како и секоја друга константа на рамнотежа. Ова е односот на хемиските видови на концентрација во рамнотежа.

Силната киселина е добра за губење на протони, така што рамнотежата ќе се постигне само кога [H+] и [A-] се високи и [HA] е низок. Според тоа, силна киселина има голем $K_a$. На ист начин како што pH е негативниот логаритам на [H⁺], $pK_a$ е негативниот логаритам на $K_a$:

На страна, може да се изведе аналогна равенка за дисоцијација на протон од база:

$qquadlarge< ext^+ леводесни харпуни текст^+ + текст>$


26.3: Амино киселини, равенката Хендерсон-Хаселбалх и изоелектрични точки

Уверете се дека можете да ги дефинирате и користите во контекст клучните поими подолу.

Бидејќи аминокиселините, како и пептидите и протеините, ги инкорпорираат и киселинските и базичните функционални групи, доминантните молекуларни видови присутни во воден раствор ќе зависат од рН на растворот. Со цел да се одреди природата на молекуларните и јонските видови кои се присутни во водените раствори со различни pH вредности, ги користиме Равенка Хендерсон-Хаселбалх, напишано подолу. Еве, pKа ја претставува киселоста на специфична функција на конјугирана киселина (HA). Кога pH на растворот е еднаков на pKа, концентрациите на HA и A (-) мора да бидат еднакви (log 1 = 0).

Кривата на титрација за аланин на слика (PageIndex<2>) ја покажува оваа врска. При pH помала од 2, и карбоксилатните и аминските функции се протонираат, така што молекулата на аланин има нето позитивен полнеж. При pH поголема од 10, аминот постои како неутрална база, а карбоксилот како негова конјугирана база, така што молекулата на аланин има нето негативен полнеж. При средно pH, концентрацијата на цвитерион се зголемува, а при карактеристична pH вредност, наречена изоелектрична точка (pI), негативно и позитивно наелектризираните молекуларни видови се присутни во еднаква концентрација. Ова однесување е општо за едноставни (дифункционални) амино киселини. Почнувајќи од целосно протонирана состојба, pKана киселинските функции се движат од 1,8 до 2,4 за -CO2H, и 8,8 до 9,7 за -NH3 (+) . Изоелектричните точки се движат од 5,5 до 6,2. Кривите на титрација ја покажуваат неутрализацијата на овие киселини со додадена база и промената на pH вредноста за време на титрацијата.

Слика (PageIndex<1>): Кривите на титрација за многу други амино киселини може да се испитаат на корисно место обезбедено од Универзитетот во Вирџинија во Шарлотсвил.

Распределбата на наелектризираните видови во примерокот може да се прикаже експериментално со набљудување на движењето на молекулите на растворени материи во електрично поле, користејќи ја техниката на електрофореза (Слика (PageIndex<2>)). За такви експерименти, јонски пуферски раствор е вграден во цврст матричен слој, составен од хартија или вкрстено поврзана супстанција слична на желатин. Мала количина на примерок од амино киселина, пептид или протеин се става во близина на центарот на матричната лента и се применува електричен потенцијал на краевите на лентата, како што е прикажано на следниот дијаграм. Цврстата структура на матрицата ја забавува дифузијата на молекулите на растворената супстанца, кои ќе останат таму каде што се вметнати, освен ако не се дејствува врз нив од електростатскиот потенцијал.

Слика (PageIndex<2>): Во примерот прикажан овде, четири различни амино киселини се испитуваат истовремено во пуферирана средина со pH 6,00. За да го видите резултатот од овој експеримент, кликнете на илустрацијата. Имајте предвид дека боите на екранот се само пригодна референца, бидејќи овие амино киселини се безбојни.

На pH 6,00 аланин и изолеуцин во просек постојат како неутрални цвитерионски молекули и не се под влијание на електричното поле. Аргинин е основна амино киселина. Двете базни функции постојат како „квотониум“ конјугирани киселини во матрицата pH 6.00. Затоа, молекулите на растворената супстанција на аргинин носат вишок позитивен полнеж и тие се движат кон катодата. Двете карбоксилни функции во аспарагинската киселина се јонизираат на pH 6,00, а негативно наелектризираните молекули на растворената супстанција се движат кон анодата во електричното поле. Структурите за сите овие видови се прикажани десно од екранот.

Треба да биде јасно дека резултатот од овој експеримент е критично зависен од рН на матричниот пуфер. Ако ја повториме електрофорезата на овие соединенија на pH од 3,80, аспарагинската киселина ќе остане на местото на потекло, а другите амино киселини ќе се движат кон катодата. Игнорирајќи ги разликите во молекуларната големина и облик, аргининот би се движел двапати побрзо од аланинот и изолеуцинот бидејќи неговите молекули на растворената супстанца во просек би носеле двојно позитивно полнење.

Како што беше забележано претходно, кривите на титрација на едноставни амино киселини прикажуваат две точки на флексија, едната поради силно киселата карбоксилна група (pKа 1 = 1,8 до 2,4), а другата за помалку киселата функција на амониум (pKа 2 = 8,8 до 9,7). За 2º-амино киселина пролин, pKа 2 е 10,6, што ја одразува поголемата базичност на 2º-амините.

Табела (PageIndex<1>): pKa Вредности на полифункционални амино киселини
Амино киселина &алфа-CO2H pKа 1 &алфа-НХ3 pKа 2 Страничен синџир pKа 3 pI
Аргинин 2.1 9.0 12.5 10.8
Аспарагинска киселина 2.1 9.8 3.9 3.0
Цистеин 1.7 10.4 8.3 5.0
Глутаминска киселина 2.2 9.7 4.3 3.2
Хистидин 1.8 9.2 6.0 7.6
Лизин 2.2 9.0 10.5 9.8
Тирозин 2.2 9.1 10.1 5.7

Некои амино киселини имаат дополнителни кисели или базни функции во нивните странични синџири. Овие соединенија се наведени во Табела (PageIndex<1>). Трета pKа, што ја претставува киселоста или базноста на дополнителната функција, е наведена во четвртата колона од табелата. PI на овие амино киселини (последна колона) често се многу различни од оние наведени погоре за поедноставните членови. Како што се очекуваше, таквите соединенија прикажуваат три точки на флексија во нивните криви на титрација, илустрирани со титрациите на аргинин и аспарагинската киселина (Слика (PageIndex<3>)). За секое од овие соединенија можни се четири можни наелектризирани видови, од кои едниот нема целосен полнеж. Формулите за овие видови се запишани десно од кривите на титрација, заедно со pH вредноста на која се очекува секоја да преовладува. Многу високата pH вредност потребна за отстранување на последниот кисел протон од аргинин ја одразува исклучително високата базичност на делот од гванидин на крајот од страничниот синџир.


Видови наелектризирани липиди

Масни киселини

Наједноставните од наелектризираните липиди, масните киселини се голема група на амфипатски молекули кои се состојат од јаглеводороди со краток, среден или долг синџир &ldquotail&rdquo (C4 до C36) и поларна карбоксилна киселина &ldquohead&rdquo. Алифатичните синџири можат да бидат целосно заситени или незаситени до одреден степен и да обезбедат хидрофобичен карактер на масната киселина. Без оглед на должината на групата алифатична опашка, групата на хидрофилна карбоксилна киселина ќе има pKa околу 4,0, што значи дека под физиолошки услови, поголемиот дел од масни киселини ќе имаат негативен полнеж од -1. Опашките може да содржат и структури на јаглеродни прстени, хидроксилни групи и дополнителни гранки од метил група (Слика (PageIndex<1>)).

Слика (PageIndex<1>): Пример за масни киселини со различна должина на синџирот, заситеност и линеарност. Сликата се користи со дозвола (CC BY-SA 3.0 Lojban преку Википедија).

Физичките својства на масните киселини во голема мера зависат од должината и степенот на незаситеност на групата јаглеводородна опашка. Главниот фактор што влијае на својствата како што се точката на топење и растворливоста во вода е подредувањето на молекулите на водата околу хидрофобните опашки. Масните киселини ќе се соберат заедно како резултат на хидрофобниот ефект. Групирањето на алифатичните опашки групи формира кристална решетка, минимизирајќи ја изложената хидрофобна површина и формирањето на хидратациони обвивки околу одделните опашки на масни киселини. Со зголемени степени на незаситеност во опашките (зголемен број на двојни врски), ефектот е обратен. Незаситеноста внесува свиткувања во опашките, така што тие повеќе не се пакуваат подеднакво и цврсто, што овозможува молекулите на водата да се наредат околу поединечните опашки. Како таква, кристалната решетка е ослабена, зголемувајќи ја растворливоста на масната киселина и намалувајќи ја нејзината точка на топење.

Слика (PageIndex<2>): Слика што ги прикажува различните структури формирани од наелектризирани липиди. Извор на слика: Википедија

Масните киселини имаат различни важни улоги. Јаглеводородните опашки се главен извор на енергија кога секоја последователна двојаглеродна единица се претвора во ацетил-CoA за време на бета-оксидација, чиј процес генерира NADH и FADH2 кои последователно се користат во формирањето на АТП при оксидативна фосфорилација. Масните киселини и нивните деривати функционираат и како сапуни и детергенти. При доволно високи концентрации, масните киселини ќе се агрегираат за да формираат сферични структури наречени мицели, кои се енергетски поволни структури кои ја зголемуваат ентропијата на водата со минимизирање на формирањето на воден клатрат околу хидрофобните региони. Тие го постигнуваат ова со групирање на хидрофобните опашки во центарот на сферата, додека хидрофилните глави формираат школка што е растворлива во вода. Сферичната структура е фаворизирана од масните киселини, бидејќи површината на попречниот пресек на групата на глава е поголема од онаа на опашката, формирајќи конусна форма. Кога сапуните (солите на масните киселини) се мешаат со вода, мицелите кои се формираат собираат масла и хидрофобни и се фрлаат во центарот на мицелата, додека хидрофилната надворешна обвивка помага да се измијат мицелите што ја носат нечистотијата. На крајот, масните киселини ја формираат основата на ди- и триацилглицеролите, семејство на молекули со два или три синџири на масни киселини врзани со глицерол. Кога третата хидроксилна група на глицеролот е врзана за наелектризирана молекула како фосфат наместо јаглеводороден синџир, диацилглицеролот е познат како фосфолипид.

Фосфолипиди

Како и кај секоја молекула, формирањето на полнеж бара вклучување на јонизиран елемент, најчесто ковалентно врзан за матичната соединение. Во случај на диацилглицероли, нејонизираните јаглеводороди бараат ковалентно додавање на јонска група во глицеролот за да се пренесе полнеж. Убедливо најчеста од нив е негативно наелектризираната фосфатна група ((PO_4^<3->)) која, кога ковалентно се врзува за глицеролската половина од масна киселина со два синџири, ја формира главната група на наелектризирани масни киселини познати како фосфолипиди. Фосфолипидите се амфипатски молекули составени од три дела: диглицерол, хидрофилна &ldquohead&rdquo која се состои од наелектризирана фосфатна половина и мала органска молекула ковалентно врзана за фосфатот (Слика (PageIndex<3>).

Слика (PageIndex<3>): Структура на фосфолипид, кој ги содржи опашките на масни киселини, глицерол, фосфатна половина и дополнителна структура на главна група. Извор на слика: Википедија

Фосфолипидите ги сочинуваат главните компоненти на липидните двослоеви во клеточните мембрани. Слично на масните киселини, фосфолипидите ќе го фаворизираат групирањето на хидрофобните опашки за да ја исклучат водата колку што е можно повеќе. За разлика од масните киселини, сепак, присуството на две опашки го фаворизира формирањето на порамна мембрана бидејќи површината на пресекот на групите на главата и опашката е слична, формирајќи цилиндрична форма која е најефикасно спакувана како двослој. Во двослојот, хидрофобните опашки комуницираат една со друга, додека хидрофилните групи на глави комуницираат со водната средина од двете страни на двослојот. Додека двослојот е најпрактичен како дводимензионална рамна структура, тој може да се превиткува на себе за да формира затворена, везикула наречена липозом. За разлика од мицелата, липозомот има двослоен ѕид кој опфаќа шуплива, водена празнина и се користи кај организмите како транспортен механизам за кој било број на супстанции.

Структурната сложеност на мембранскиот двослој оди подалеку од еден тип на фосфолипидна молекула. Постојат различни фосфолипиди со различни групи на глави и јаглеводородни опашки. Дополнително, мембранските липиди не се симетрично распоредени низ мембранскиот двослој, при што одредени фосфолипиди се со поголема веројатност да се најдат во внатрешниот монослој, додека другите со поголема веројатност да се најдат во надворешниот лист. Од друга страна, физичките својства на различните групи на глави ги диктираат интеракциите на секој фосфолипид со водната средина, што резултира со движење на липидите низ двослојот и во вертикална и во хоризонтална насока, континуирано менувајќи ја неговата форма и фосфолипидната организација. . За да се даде подобра идеја за различните групи на фосфолипидни глави, следните делови ќе ги опишат структурните карактеристики некои од почестите.


  1. Прво, добијте ја секвенцата на аминокиселини од една буква на вашиот протеин од интерес.
    1. Видете ја страницата Изоелектрична точка за некои методи.
    2. Или за протеин кој има 3D структура во Proteopedia, пронајдете ја страницата за вашата структура именувана за кодот на датотеката PDB и кликнете на OCA под структурата.
      1. На вашиот PDB код во OCA, скролувајте надолу до информациите добиени од секвенца (близу до дното).
      2. Кликнете на врската за аминокиселинската низа од една буква за еден синџир.

      Методот на пресметка беше адаптиран од наставната програма на часовите што ја предава Ерик Марц.


      Мерење на (pK_a) --Кривите на титрација

      Вредностите на (K_a), или константите на киселост, мора да се измерат со директен експеримент, обично со титрација на pH. Познати количини на силна база (NaOH) се додаваат во раствор од слаба киселина и pH се мери додека се додава количината на NaOH. Како што се додава базата, тој го отстранува протонот од киселината, како и ја зголемува pH вредноста со отстранување на слободните протони од водата. Подолу е прикажана крива на титрација.

      Крива на титрација на монопротична киселина

      Главни карактеристики на кривите на титрација:

      • Еквиваленти:скалата на х-оската за титрации е дадена во молови база/молови киселина. Според тоа, варира од 0 до 1 за киселина која ослободува еден протон (монопротична), од 0 до 2 за дипротична киселина, од 0 до 3 за трипротична киселина.
      • Точка на еквивалентност:Целосна депротонација на слабата киселина се случува кога количината на додадена база е еднаква или еквивалентна на вкупниот број на јонизирани протони кои првично биле на слабата киселина. Оваа точка во титрацијата се нарекува точка на еквивалентност. Точката на еквивалентност може да се користи за да се одреди концентрацијата на киселината.
      • Точка на флексија (pH = (pK_a)):Можете да докажете од равенката Хендерсон-Хаселбалх дека најмалата промена на pH се случува кога pH = (pK_a).

      Прашање:Титрацијата на 0,05 L раствор на фосфорна киселина со 1 M NaOH е прикажана подолу. Дали е ова моно, ди или три-протинска киселина? Кои се поединечните (pK_a) за секоја јонизација? Која е концентрацијата на фосфорната киселина?

      А.Определете ја природата на Киселината (монопротична, дипротична. ).

      а. монопротоична киселина поради една точка на рефлексија.

      б. дипротоична киселина поради две точки на рефлексија.

      в. трипротоична киселина поради три точки на рефлексија.

      в. (Постојат три места на кривата каде што има точка на флексија.)

      Во овој случај постојат различни точки на флексија бидејќи вредностите на (pK_a) се значително различни. Во многу случаи, поединечните вредности на (pK_a) може да бидат доволно блиску една до друга, така што повеќе точки на флексија не се јасни и веќе не е очигледна голема промена во pH вредноста помеѓу секоја јонизација. Бројот на јонизирани групи сè уште може лесно да се одреди ако една од јонизациите е јасно видлива. Количината на база потребна за титрирање на оваа група го дава волуменот на базата за да се титрира еден еквивалент. Вкупниот потребен волумен, поделен со волуменот потребен за еден еквивалент, ќе го даде бројот на јонизирани групи.

      Користејќи ја титрацијата на фосфатот како пример, последната јонизација започнува на 10 ml и е завршена на 15 ml. Затоа 5 ml е еднакво на еден еквивалент. Бидејќи се потребни 15 ml за целата титрација, ова е трипротична киселина.

      Б.Определете ги вредностите на (pK_a).

      Првиот чекор е да се одредат 1/2-еквивалентните точки - во овој момент pH=(pK_a) бидејќи концентрацијата на киселината е еднаква на нејзината конјугирана база. Ова е трипротична киселина и вкупниот волумен потребен за титрирање на киселината е 15 ml. Затоа, 5 ml (15/3) е една еквивалентност и 2,5 ml ќе биде првата 1/2 еквивалентна точка (означена како "A" на графиконот). 1/2 еквивалентната точка за следната јонизација е на 7,5 ml (2,5 + 5) и 1/2 еквивалентната точка за последната јонизација е на 12,5 ml (2,5 + 10).

      Следниот чекор е да започнете од 1/2 точка на еквивалентност и да се движите вертикално на заплетот додека не се исполни кривата на титрација (точка "B"), потоа да продолжите хоризонтално до y-оската ("C"). Ова ја дава pH вредноста во 1/2 еквивалентната точка,

      2.2 во овој случај. Другите две (pK_a) вредности се добиваат на ист начин, почнувајќи од 7,5 ml и 12,5 mls, давајќи (pK_a) од

      В.Одредете ја концентрацијата на киселината.

      Одреди го бројот на додадени молови на база: Потребни се вкупно 15 ml 1 M NaOH за целосна депротонација на киселината. Ова е вкупно 0,015 молови на основата (0,015 L x 1 mol/L = 0,015 молови).

      Поделете со # јонизации за да ги добиете моловите слаба киселина:Бидејќи ова е трипротична киселина, има 0,005 молови од слабата киселина (0,015/3)

      Се дели со волуменот на растворот за да се добие моларитетот на слабата киселина.Волуменот на растворот што беше титриран беше 0,05 L, така што концентрацијата на фосфорната киселина е 0,005 mol/0,05L = 0,1 M, или 100 mM.

      Алтернативно, можете да препознаете дека за титрација на една група на киселина потребни се 5 ml NaOH, што е еквивалентно на 0,005 молови, поделено со 0,05 L = 0,1 M.

      1. Следното е крива на титрација за каков тип на киселина?

      Користете ја јачината потребна за титрирање на група за да го дефинирате волуменот на еден еквивалент.

      в. (Има повеќе од една точка на флексија. Последната јонизација е добро одвоена од другите и покажува дека се потребни 10 ml NaOH за да се титрира една група. Бидејќи вкупниот волумен на додаден NaOH е 30 ml, ова е трипротична киселина.)

      2. Ве молиме одговорете на прашањата на дното на оваа страница користејќи ја следнава крива на титрација:

      Ова е монопротична/дипротична/трипротична

      Колку точки на флексија или тампон региони се присутни?

      Првата вредност на (pK_a) е 6/6,5/7/8,5/10

      (pK_a) е pH кога е додаден 1/2 еквивалент.

      Концентрацијата е 10mM/20mM/40mM

      Да се ​​определи бројот на молови на NaOH за да се титрира еден еквивалент.

      дипротични (има два пуферски региони) 6,5 (Ова е pH кога се додадени 1/2 еквиваленти (2,5 ml)) 20 mM


      Одредување нето полнење на амино киселина при дадена pH вредност - Биологија

      Сите живи суштества се системи базирани на вода, што значи дека тие во голема мера зависат од водната рамнотежа, особено од киселинско-базната рамнотежа. Затоа, сите киселинско-базни и pH концепти што ги дискутиравме досега се исклучително важни биохемија, која е изучување на хемијата на биолошките системи.

      Причини зошто треба да бидеме загрижени за pH во биолошките системи:

      • Тој дава квалитативна мерка за многу проблеми во клеточната биологија и сродни области
      • Протонските дисоцијабилни групи се наоѓаат во макромолекулите (како што се протеините), како и малите молекули за кои веќе разговаравме
      • Околината на клетките е секогаш пуферирана на приближно pH 7
      • Експериментите како што се биолошките ензимски анализи бараат одредена pH вредност

      Исто како и во другите киселинско-базни системи, биолошките макромолекули дејствуваат како киселини и бази со донирање и прифаќање на протони. Сепак, поради големината на овие молекули, тие често содржат неколку различни групи кои прифаќаат или донираат протони наместо само една таква група. Така, ние зборуваме за макромолекулите како што имаат кисели и базни групи наместо како киселини и бази. Овие киселински и базни групи дејствуваат како слаби киселини и бази, со Ka вредности кои го одредуваат степенот на дисоцијација на групата во зависност од pH вредноста на системот. Затоа, промените во pH вредноста околу макромолекулата ќе одредат кои групи се протонираат, а кои не се, што пак ги одредува својствата на молекулата. Ова е особено важно за ензими, кои се протеини кои делуваат како катализатори за важни биолошки реакции. Повеќето ензими работат само во одреден опсег на pH.

      На пример, разгледајте ензим со карбоксилна група. Структурата на таа група ќе зависи од рН:

      Ако ензимот треба да се протонира за да биде активен, тогаш ензимот ќе работи само во опсегот на pH во кој поголемиот дел од ензимските молекули ја протонираат нивната карбоксилна група. На овој начин, pH одредува кои ензими се активни и со тоа кои биохемиски реакции може да се случат.

      Тампон системи во живи организми

      Бидејќи сите биолошки процеси зависат од pH, клетките и организмите мора да одржуваат специфична и константна pH вредност за да ги задржат нивните ензими во оптимална состојба на протонација.

        Цитоплазмата - контролирана од фосфатниот пуфер систем:

      Овој систем обезбедува максимален пуферски капацитет во близина на pH 6,86 (pKa на H 2 PO 4 & # 45 ). Обезбедува пуферски ефект во интрацелуларната течност и е важен во урината.

      7,4 (pH < 6,9 и >7,6 се опасни по живот). PH на крвта е контролирана од бикарбонатниот пуфер систем:

      CO 2 (е) CO 2 (ак) + H 2 O(л) H 2 CO 3 (ак) H + (ак) + HCO 3 - (ак)

      • [H + ] се зголемува
      • [H 2 CO 3 ] се зголемува
      • [CO 2 ] растворен во крвта се зголемува
      • притисокот на CO 2 во белите дробови се зголемува
      • се јавува издишување, со што се враќа рамнотежата
      • [H + ] се намалува
      • [H 2 CO 3 ] се намалува
      • [CO 2 ] растворен во крвта се намалува
      • притисокот на CO 2 во белите дробови се намалува
      • се јавува вдишување, со што се враќа рамнотежата

      Главни тампон системи на човечкото тело

      Бикарбонат пуфер CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 H + + HCO 3 - In blood plasma
      Hemoglobin Hb-H Hb - + H + Interior of red blood cells
      Phosphate buffer H 2 PO 4 - H + + HPO 4 2 - Most important in urine
      Протеини Pr-H Pr - + H + Intracellular fluid

      Амино киселини

      Amino acids are small molecules with both an amino group and a carboxyl group. Since each of these groups can be either protonated or deprotonated, the structure of an amino acid depends on the pH of the solution it is in. At pH 7, amino acids have the following structure:

      There are twenty different amino acids that are commonly found in living systems. For the most part, these twenty amino acids differ only in their side chains:

      Amino acids can be classified into categories based on their side chains:

      • Aliphatic: Gly, Ala, Val, Leu, Ile, Pro
      • Polar: Ser, Thr, Cys, Met, Asn, Gln
      • Aromatic: Phe, Tyr, Trp
      • Positively charged (basic): Lys, Arg, His
      • Negatively charged (acidic): Asp, Glu

      Amino acids can be joined together through condensation or dehydration reactions between the carboxyl group of one amino acid and the amino group of the next. The result is a new bond between the carboxyl carbon and the amino nitrogen. This bond is called a пептидна врска.

      Two amino acids joined together in this manner are referred to as a dipeptide. Note that two different amino acids can be joined in either of two ways: either through the amino group of the first and the carboxyl group of the second or through the carboxyl group of the first and the amino group of the second. Consider a dipeptide made up of threonine and histidine:

      We can avoid ambiguity by stating which amino acid residue is the amino terminus, the one with the free amino group, and which is the carboxyl terminus, the one with the free carboxyl group.

      Similar principles apply to peptides consisting of more than two amino acids. Three amino acids make a tripeptide, four make a tetrapeptide, five make a pentapeptide, and so on. (Note that the numerical prefix refers to the number of amino acids, не the number of peptide bonds.) When several amino acids are joined, the resulting structure is referred to as an oligopeptide, and when thousands are joined, it is called a polypeptide, или протеини.

      Proteins are extremely important to the body, acting as structural components, enzymes, hormones, and more. Thus, extreme diversity is required for proteins. This diversity comes from the fact that there are 20 different amino acids found commonly in living things. Since each position in a polypeptide can be occupied by any of these 20 amino acids, the number of possible polypeptide molecules with a length of n amino acids is 20 n . (Why?) This is a huge number, allowing for the necessary diversity.

      Acid-Base Properties of Amino Acids

      When in an aqueous solution, amino acids can act as both acids and bases - they are amphoteric.

      To fully describe the ionization state of an amino acid, both the individual charges and the net charge must be considered:

      If only positive charges or only negative charges are present, the molecule is described as either a cation or an anion respectively. However, both positive and negative charges can be present at the same time. When this happens, the molecule is called a dipolar ion or zwitterion . All amino acids exist as zwitterions at pH 7.0. Depending on whether the side chain is positively-charged, negatively-charged or uncharged, an amino acid zwitterion may or may not have a net charge. Note that there is no pH at which both groups are electrically neutral.

      The net charge on an amino acid is the sum of all the individual charges. The net charge can be described as monopositive, dipositive, mononegative, dinegative or isoelectric. Isoelectric means that the molecule has both positive and negative charges but no net charge, as opposed to неутрален which means that no charges are present.

      The ionization state of an amino acid can be described completely and unambiguously by describing both the net charge and the individual charges (for example, the mononegative zwitterion form of aspartate). Сепак, for a given amino acid, there is only one form that has a given net charge, so the net charge alone can be used to describe the amino acid. (For example, the mononegative form of aspartate is by definition a zwitterion, whereas the mononegative form of lysine is an anion) This method is much less wordy, and will be used throughout this tutorial.

      The titration of an amino acid is simply a polyprotic acid titration, with the pH values at the midpoints giving the pKa's of the dissociable groups. Here is the curve for an amino acid with a non-dissociable side chain. (Note that one equivalent of NaOH is a volume of NaOH equal to the volume of amino acid being titrated.)

      Each amino acid has different pKa C and pKa N values, and those with dissociable side chains also have a pKa R .

      Click here or on the button on the menu bar for a table of pKa and pI values (see below) for the twenty common amino acids.

      Isoelectric Point and Average Molecular Charge

      The isoelectric point (pI) of a molecule such as an amino acid, peptide or protein is the pH at which it has a net charge of zero. We saw above that an amino acid with a non-dissociable side chain had a net charge of zero when the pH was halfway between the two pKa values. Thus, for an amino acid with a non-dissociable side chain,

      EXAMPLE

      Calculate the pI of methionine.

      Methionine has Ka values pKa C = 2.1 and pKa N = 9.3.

      pI = 1/2(pKa C + pKa N ) pI = 1/2(2.1 + 9.3)
      pI = 5.7

      For amino acids with acidic and basic side chains, the pI is halfway between the pKa values on either side of the isoelectric form.

      EXAMPLE

      Write equations for the dissociation of aspartate and calculate its pI.

      The isoelectric form is found after the first dissociation, between pKa C and pKa R

      pI = 1/2(pKa C + pKa R )
      pI = 1/2(2.1 + 3.9)
      pI = 3.0

      Looking at these two examples, we can see a connection between the net charge on the amino acid and the relative values of the pH and the pI:

      • If the pH is less than the pI, the amino acid will have a net positive charge.
      • If the pH is greater than the pI, the amino acid will have a net negative charge.
      • If the pH equals the pI, the amino acid will have no net charge (this is the definition of pI.)

      At certain pH's, the amino acid will have an integral charge, but most pH's are between these points and give fractional charges. There is, in fact, a continuous (though not uniform) charge gradient as the pH is changed. However, in discussing the charge on amino acids, we must remember that each individual molecule has an integral charge, not a fractional charge. The fractional charge comes from the proportions of two integrally-charged species in equilibrium, giving an просек net fractional charge to the solution.

      For example, in a 3:1 mixture of mononegative to isoelectric forms, 3 out of every 4 molecules (75%) has a charge of - 1, and 1 out of every 4 (25%) is neutral. The average net charge is then

      Remember from Section 13 (Buffers) that the ratio between a conjugate acid and base can be obtained from the Henderson-Hasselbalch equation

      At any given pH, there will be at most two forms of an amino acid present in significant quantities, and they will be a conjugate acid-base pair. This means that their ratio can be calculated with the Henderson-Hasselbalch equation, and the average net charge on the amino acid can be calculated.

      EXAMPLE

      Find the average net charge on a solution of asparagine at pH 3.0

      First, identify the major species present:

      pH 3.0 is between pKa C, and the pI, which means that the major species present are the monopositive and isoelectric forms.

      Next, calculate the ratio of isoelectric form to monopositive form:

      pH = pKa C + log([base]/[acid])
      3.0 = 2.1 + log([base]/[acid])
      0.9 = log([base]/[acid])
      10 0.9 = [base]/[acid]
      7.94 = [base]/[acid]

      The isoelectric form is the conjugate base and the monopositive form is the conjugate acid, so the ratio of isoelectric form to monopositive form is 7.94:1.

      Finally, calculate the average net charge.

      7.94 out of 8.94 molecules (89%) are isoelectric, and 1 out of 8.94 (11%) is monopositive.

      Electrophoresis

      We can use the idea of charge variation with pH change to understand a technique called electrophoresis , which can be used to separate and identify amino acids. In this technique, a strip of paper is soaked in a buffer and attached to the terminals of a battery to generate an electric field along it. Amino acids are then placed in the centre of the paper and their migration is observed. Just like all charged objects, they will move towards the region of opposite charge. The amount of migration will be dependent on the magnitude of the charge, which is in turn dependent on the difference between the pH and the pI. If the identities of the amino acids are known, a buffer can be chosen with a pH that will cause the amino acids to migrate differently, allowing them to be separated. If not, the results of running the electrophoresis at several different pH values allows the amino acids to be identified.

      Here we see the result of running a mixture of lysine and glutamine on an electrophoresis gel at a pH of 7.6

      pI Lys = 1/2(9.1 + 10.5) = 9.8
      pI Lys > pH, so lysine is positively charged and migrates toward the cathode.

      pI Gln = 1/2(2.2 + 9.1) = 5.65
      pI Gln < pH, so glutamine is negatively charged and migrates toward the anode.

      The isoelectric point of any amino acid, peptide or protein can be measured using another type of electrophoresis called isoelectric focusing (IEF). In IEF, the molecules in question are placed on a gel with a stable pH gradient along its length. Since the pH of the surrounding medium determines the charge on the molecules, that charge will change as the molecules migrate through the pH gradient. When each molecule reaches a pH equal to its pI, it will be electrically neutral and will no longer migrate in the electric field. Thus, every molecule subjected to IEF will move to a pH equal to its pI, so by looking at the pH at which a molecule stops, its pI can be measured.



Коментари:

  1. Nape

    Between us, I would have received otherwise.

  2. India

    Се извинувам што се мешам... Го разбирам ова прашање. Ајде да разговараме.

  3. Claudios

    Правиш грешка. Ајде да разговараме за ова. Испратете ми по е -пошта на премиерот, ќе разговараме.



Напишете порака