Кислотно-основные свойства аминокислот. Изоэлектрическая точка

Кислотно-основные свойства аминокислот связаны с наличием в их структуре двух ионизируемых групп-карбоксильной и аминогруппы, поэтому аминокислоты могут проявлять свойства как кислот, так и оснований, т.е. они являются амфотерными соединениями. В кристаллическом состоянии и в водных растворах a-аминокислоты существуют в виде биполярных ионов, называемых также цвиттерионами:

 

 

 

Ионное строение обуславливает некоторые особенности свойств a-аминокислот: высокую температуру плавления (200-300°С), нелетучесть, растворимость в воде и нерастворимость в неполярных органических растворителях. С растворимостью аминокислот в воде связана их всасываемость и транспорт в организме.

Ионизация молекул аминокислот зависит от рН раствора. В кислой среде аминокислоты заряжаются положительно и проявляют основные свойства:

 

 

В щелочной среде аминокислоты заряжаются отрицательно и проявляют кислотные свойства:

 

 

 

Кислотно-основные свойства аминокислот можно объяснить исходя из теории кислот и оснований Бренстеда-Лоури. Полностью протонированная a-аминокислота (катионная форма) с позиции теории Бренстеда является двухосновной кислотой, содержащей две кислотные группы: недиссоциированную карбоксильную группу (– СООН) и протонированную аминогруппу (NН₃⁺), которые характеризуются соответствующими значениями рКa₁ и рКa₂ (рКa₁= -lg Kд₁ и рКa₂= -lg Kд₂).

Для моноаминомонокарбоновых кислот процесс диссоциации имеет следующий вид:

Величины рК для аминокислот определяют по кривым титрования. Рассмотрим кривую титрования аланина.

 

Рис. 1 – кривые, полученные при титровании 0,1М раствора аланина 0,1М раствором HCl (а) и 0,1М растором NaOH (б)

 

Из кривой титрования аланина следует, что карбоксильная группа имеет рК_a1=2,34, а протонированная аминогруппа рК_a2 = 9,69. При рН = 6,02 аланин существует в виде биполярного иона, когда суммарный электрический заряд частицы равен 0. При этом значении рН молекула аланина электронейтральна. Такое значение рН при котором аминокислота находится в электронейтральном состоянии называют изоэлектрической точкой и обозначаются рI. Для моноаминомонокарбоновых кислот изоэлектрическая точка рассчитывается как среднее арифметическое двух значений рК_a. Например для аланина она равна:

рI = ½ × (рКa₁ + рКa₂) = ½ × (2,34 + 9,69) = 6,02

При значении рН, превышающем изоэлектрическую точку, аминокислота заряжается отрицательно, а при значении рН ниже рI аминокислота несет суммарный положительный заряд. Например, при рН = 1,0 все молекулы аланина существуют в форме ионов с суммарным зарядом +1.

При рН = 2,34, когда имеется смесь равных количеств ионов

 

суммарный заряд = +0,5. Аналогичным образом можно предсказать знак и величину суммарного заряда для любой другой аминокислоты при любом значении рН.

Аминокислоты с ионизируемой группой в радикале имеют более сложные кривые титрования, складывающиеся из 3-ох участков, соответствующих трем возможным стадиям ионизации, и, следовательно, они имеют три значения рК (рКa₁, рКa₂ и рК_R). Ионизация кислых аминокислот, например аспарагиновой, состоит из следующих последовательных стадий:

 

 

Изоэлектрические точки таких аминокислот определяются также присутствием ионизируемой группой радикала, наряду с a-амино и a-карбоксильными группами. Для моноаминодикарбоновых кислот изоэлектрические точки смещены в кислую область рН и определяются как среднее арифметическое между величинами рК для двух карбоксильных групп (рI аспарагиновой кислоты = 2,97). Для основных аминокислот рI смещены в щелочную область и вычисляются как среднее арифметическое между величинами рК для двух протонированных аминогрупп (рI лизина = 9,74).

Кислотно-основные свойства аминокислот используются для разделения и последующей идентификации аминокислот методами электрофореза и ионообменной хроматографии. Оба эти метода основаны на различиях в знаке и величине суммарного электрического заряда при данном значении рН.

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: