Amino-acid

2007/Sep/10

กรดอะมิโนที่มี a-amino group 1 หมู่, มี a-carboxyl group 1 หมู่ และมีหมู่ R ที่ไม่แตกตัว จะมี titration curve ที่คล้ายคลึงกับ titration curve ของ glycine กรดอะมิโนเหล่านั้นจะมี pKa ที่ใกล้เคียงกันแต่ไม่เท่ากัน ค่า pKa ของหมู่ COOH อยู่ในช่วง 1.8-2.4 และ pKa ของหมู่ ---NH3+ อยู่ในช่วง 8.8-11.0

กรดอะมิโนที่มีหมู่ R ที่แตกตัวได้จะมี titration curve ที่ซับซ้อนกว่า โดยจะมีสามขั้นตอนเพราะมีสามขั้นตอนการแตกตัวที่เป็นไปได้ (ดังนั้นจะมีสามค่า pKa) ขั้นตอนของการไตเตรตที่เพิ่มมานี้จะกลมกลืนไปกับสองขั้นตอนเดิม titration curve ของกรดอะมิโนประเภทนี้มีลักษณะดังแสดงในรูป

Titration curve ของ histidine

Isoelectric point จะสะท้อนธรรมชาติของหมู่ R ที่สามารถแตกตัวได้ของกรดอะมิโนชนิดนั้นๆ ยกตัวอย่างเช่น glutamate มี pI ที่ 3.22 (ซึ่งต่ำกว่า glycine, pI = 5.97) เป็นเพราะว่ามีหมู่คาร์บอกซิลอยู่ 2 หมู่ ที่ pH = pKa เฉลี่ย (3.22) จะให้ประจุสุทธิ = -1 ซึ่งสมดุลกันพอดีกับประจุ +1 ของหมู่อะมิโน ในลักษณะเดียวกัน histidine (ซึ่งมี 2 หมู่ที่ให้ประจุบวกเมื่อถูก protonate) มี pI = 7.59 (ค่า pKa เฉลี่ยของหมู่อะมิโนและหมู่ imidazole) ซึ่ง pI ค่านี้สูงกว่า pI ของ glycine มาก

2007/Sep/10

Titration curve ของ glycine

จาก titration curve ของ glycine, ที่ pH = 5.97 เป็นจุดที่มีการเปลี่ยนความโค้งและเป็นจุดที่ glycine อยู่ในรูปที่มีทั้งขั้วบวกและขั้วลบ ถูก ionize เต็มที่ แต่ว่ามีประจุสุทธิเป็น 0

pH ที่ประจุสุทธิเป็น 0 นี้ เรียกว่า isoelectric point หรือ isoelectric pH หรือเขียนย่อว่า pI

สำหรับ glycine (ซึ่งไม่มีหมู่เคมีอื่นที่สามารถแตกตัวได้) สามารถคำนวณ isoelectric point ได้โดยหาค่าเฉลี่ยของ pKa ทั้งสอง

pI = ½ (pK1 + pK2) = ½(2.34 + 9.60) = 5.97

glycine มีประจุสุทธิเป็นลบที่ pH ใดๆที่มากกว่า pI และจะเคลื่อนที่ไปยังขั้วบวก (anode) เมื่ออยู่ในสนามไฟฟ้า และที่ pH ใดๆ ที่ต่ำกว่า pI, glycine จะมีประจุสุทธิเป็นบวก และจะเคลื่อนที่เข้าหาขั้วลบ (cathode)

และยิ่ง pH อยู่ห่างจาก isoelectric point มากเท่าไร ประจุสุทธิของ glycine จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

ยกตัวอย่างเช่น ที่ pH 1.0, glycine ทั้งหมดจะอยู่ในรูป +H3N-CH2-COOH โดยมีประจุสุทธิ = +1.0 ส่วนที่ pH 2.34 ซึ่งจะมี glycine อยู่ในรูปส่วนผสมเท่าๆกันของ +H3N-CH2-COOH และ +H3N-CH2-COO - ประจุเฉลี่ยหรือประจุสุทธิ = +0.5

เครื่องหมายและขนาดของประจุสุทธิของกรดอะมิโนใดๆ สามารถทำนายได้เช่นเดียวกัน ในลักษณะเดียวกัน

2007/Sep/10

การไตเตรต คือ การค่อยๆ เพิ่มหรือค่อยๆ เอาโปรตอนออก ในรูปเป็น titration curve ของ glycine (ที่อยู่ในรูป diprotic) ซึ่งจะเห็นว่า กราฟแบ่งได้เป็น 2 ขั้นที่คล้ายกัน

Titration curve ของ glycine

ที่ pH ต่ำมากๆ glycine ส่วนใหญ่จะอยู่ในรูปที่ถูก protonate เต็มที่ คือ อยู่ในรูป +H3N-CH2-COOH เมื่อไตเตรดมาถึงจุดกึ่งกลางของการไตเตรตในขั้นตอนแรกซึ่งหมู่ --- COOH ของ glycine จะสูญเสียอิเล็กตรอน ที่จุดกึ่งกลางนี้เองพบว่า ตัวให้โปรตอน (+H3N-CH2-COOH) และ ตัวรับโปรตอน (+H3N-CH2-COO-) มีความเข้มข้นเท่ากัน

ที่จุดกึ่งกลางของการไตเตรตใดๆ กราฟของการไตเตรตจะเปลี่ยนความโค้ง ณ จุดที่ pH เท่ากับ pKa ของ protonated group ที่กำลังถูกไตเตรต

สำหรับ glycine แล้ว pH ที่จุดกึ่งกลางเท่ากับ 2.34 ดังนั้น หมู่ COOH ของ glycine มี pKa (ในรูปเขียนเป็น pK1) เท่ากับ 2.34 ด้วย

เมื่อดำเนินการไตเตรตต่อไป กราฟจะมีจุดเปลี่ยนความโค้ง (inflection point) อีกจุดที่ pH 5.97 จุดนี้เป็นจุดที่โปรตอนตัวแรกถูกดึงออกจนหมดโดยสมบูรณ์ และกำลังจะเริ่มดึงโปรตอนตัวที่สองออก pH ที่จุดนี้ เรียกว่า pI

ในการไตเตรตในขั้นที่สองจะเป็นการดึงเอาโปรตอนออกจากหมู่ ---NH3+ การไตเตรตจบสมบูรณ์ที่ pH ประมาณ 12 ซึ่งจุดนี้เป็นจุดที่โมเลกุลของ glycine ส่วนใหญ่อยู่ในรูป H2N-CH2-COO-


edit @ 2007/09/11 19:15:00