חומצות אמינו כבופר

[pc girl]

חומצות אמינו כבופר

אהלן,
מנסה להבין איך קובעים יעילות של חומצת אמינו כבופר. ידוע לי שבופר טוב זה בופר שמתנגד טוב לשינויים בPH, אך אני לא מצליחה להבין כיצד קובעים זאת על סמך הסתכלות בחומצת אמינו.
למשל-צריכה לבדוק איזו חומצה אמינית תשמש כבופר הכי טוב בPH=10 (גליצין, ציסטאין, פרולין או ארגנין).
ציירתי את כל חומצות האמינו במצבי היינון שלהן, יש לי את הPka שלהן, אך כל הערכים של הPka שלהן קרובים מאוד ל10. איך ולפי מה אני יודעת מתי חומצה אמינית תשמש כבופר אופטימלי?
תודה רבה!

 

[Colonel Ardenti]

רמז: תסתכלי על הנקודה האיזואלקטרית של כל חומצת אמינו

 

[pc girl]

תודה!

אם כך אז מדובר בארגנין (PI=10.74).
מה החשיבות של PI בבופר? PI מוגדר רק כנקודה שבה סך המטענים שווה ל0...
איך זה עוזר לבופר שסך המטענים הוא אפס?
&nbsp
תודה

 

[Colonel Ardenti]

בדיוק ההפך!

ה- PI הוא הpH שבו הבופר הוא החלש ביותר וכל הוספת חומצה או בסיס ישפיעו על ה-pH של התמיסה בשיעור הגדול ביותר. את צריכה להסתכל על ה- pKa של הקבוצה האמינית

 

[pc girl]

אוקיי...

מתנצלת, אבל אני עדיין לא מצליחה להבין.
מה ההגיון שעומד מאחורי זה? למה PI מסויים יהיה הנקודה שבה הבופר הכי חלש?
בופר- התנגדות לשינוי בPH.
אני אנסה לחשוב על זה בצורה הכימית בשביל לנסות להבין את הרעיון ואשמח לשמוע אם אני מבינה את הקונספט או לא-
ניקח לדוגמה את גליצין, שלפי הpka של הקבוצה האמינית שלה הוא הכי קרוב ל10.
הPI שלה יהיה- 6.065. כשאני מסתכלת עליה במצב היינון השני שלה (pka 9.78), היא בעלת קבוצה קרבוקסילית עם מטען 1-, קבוצה אמינית בעלת מטען 0, ושתי קבוצות H.
מטען כולל עליה יהיה 1-.
היא יכולה לקלוט פרוטון דרך הקבוצה הקרבוקסילית או דרך הקבוצה האמינית, ז"א שני פרוטונים.
-ז"א שככה היא יכולה לקלוט מימנים מהתמיסה ולהוריד את כמות המימנים שהיא משחררת? ובגלל שהיא נושאת על עצמה יותר מימנים היא תהיה יותר חומצית, אך התמיסה תחזור להיות בסיסית?
-ובעצם אם אני ארצה להוריד את כמות המימנים בתמיסה לPH נמוך יותר אני אצטרך לקחת לי חומצה אמינית שהיא בעלת מטען שלילי כמה שיותר גדול.
-ובעצם לשאלה המקורית- גליצין במצב יינון 1-, תשרת אותי הכי טוב כי היא נעה בין האיזון של לקלוט מימנים מצד אחד, ומצד שני לא יותר מידי מימנים כדי לא להוריד יותר מידי את הPH בתמיסה?
&nbsp
מצטערת אם אני שואלת יותר מידי שאלות, מנסה להבין את הכימיה מאחורי העניין ולא ככ הולך לי

 

[Colonel Ardenti]

תשובה

ב-pKa 9.78 חצי מהקבוצה האמינית במצב מיונן וחצי לא מיונן.
אם מאיזושהי סיבה נוספת חומצה לתמיסה, האמין הלא מיונן NH2 מיד קולט את עודף הפרוטונים והופך ל- NH3+ ובכך השינוי ב- pH מתבטל
אותו הדבר קורה אם נוסף בסיס- עודף יוני ההידרקוסיל (-OH) ימשוך פרוטונים מקבוצות האמין NH3+ שינטרלו אותם ובכך תמנע עלייה ב-pH של התמיסה.
תהליך זה הינו יעיל יותר באזור ה-pKa של כל קבוצה כימית שיכולה להתקיים בשני צורונים- טעון וניטרלי ושמתקיים בינינם שיווי משקל. ב-pH שרחוק מה-pKa רק צורון אחד דומיננטי והוא אינו יכול להשתתף בתהליך הדו צדדי שתיארתי למעלה. למשל קבוצת הקרבוקסיל ב-pH 9.78 מיוננת בקרוב ל-100% ולכן יכולה רק לקבל פרוטונים אבל לא לתרום פרוטונים, וזה לא ההגדרה של בופר.
ב-pH שקרוב ל-pKa של הקבוצה הקרבוקסילית היוצרות מתהפכים ודוקא היא משמשת כבופר בעוד הקבוצה האמינית חסרת חשיבות.
דרך אגב, חומצות קרבוקסיליות יכולות לשמש כבופרים בפני עצמן, למשל בופר אצטט או ציטרט, וכנ"ל במולקולות בעלות קבוצות אמין בלבד כמו Tris.
אין אינטראקציה בין קבוצת האמין לקבוצת הקרבוקסיל מכיוון שלא מתקיים ביניהן שיווי משקל. לכן ב-pI שבו שתי הקבוצות טעונות ב-100% אין התנהגות של בופר.