Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Ρυθμιστικά Διαλύματα Ορισμός: ένα διάλυμα που περιέχει ένα ασθενές οξύ/βάση και το αντίστοιχο αλάτι, το οποίο ανθίσταται στην μεταβολή του pH που οφείλεται.

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Παρουσίαση με θέμα: "Ρυθμιστικά Διαλύματα Ορισμός: ένα διάλυμα που περιέχει ένα ασθενές οξύ/βάση και το αντίστοιχο αλάτι, το οποίο ανθίσταται στην μεταβολή του pH που οφείλεται."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1

2 Ρυθμιστικά Διαλύματα Ορισμός: ένα διάλυμα που περιέχει ένα ασθενές οξύ/βάση και το αντίστοιχο αλάτι, το οποίο ανθίσταται στην μεταβολή του pH που οφείλεται στην: –αραίωση –και στην προσθήκη ΜΙΚΡΩΝ ποσοτήτων ισχυρού οξέος ή βάσης

3 Η εξίσωση Henderson Hasselbalch pH = pK a + log [συζ.βάση/συζ.οξύ] ή pH = pK a + log [αλάτι/οξύ] για ένα ασθενές οξύ και το αλάτι του Υπενθύμιση: pK a = -log K a

4 Τα ΚΑΛΑ ρυθμιστικά διαλύματα pK περιοχή 6-8 (φυσιολογικού pH) δεν κάνουν σύμπλοκες ενώσεις με μεταλλοïόντα (δεν προκαλούν αναστολή της δράσης των ενζύμων) υψηλή διαλυτότητα στο νερό δεν προκαλούν ιζήματα αλάτων δεν απορροφούν στην περιοχή UV-vis ( nm)

5 Ογκομέτρηση ενός ασθενούς οξέος Ας υπολογίσουμε το pH ενός διαλύματος που παράγεται με την προσθήκη 0, 10, 20, 25, 50, και70 mL 0.1 M υδροξειδίου του νατρίου σε 50 mL 0.1 M μεθανικού οξέος

6 Κατά την ογκομέτρηση …. Στο ισοδύναμο σημείο ισχύει: M oξέος V οξέος = M βάσης V βάσης Στο σημείο όπου έχει προστεθεί το ½ του όγκου που αντιστοιχεί στο ισοδύναμο σημείο: pH = pK a

7 Ογκομέτρηση ενός ασθενούς οξέος 1 – ασθενές οξύ pH = 0.5 (pK a – log[οξύ] 2 – ρυθμιστικό pH = pK a + log[βάση/οξύ] 3 – ισοδύναμο σημείο; Αλας του ασθενούς οξέος pH = 0.5 (14 + pK a + log[αλας]) 4 – ισχυρή βάση pH = 14+log[OH - ] ΝaOH, mL pH X X

8 Ογκομέτρηση μιας ασθενούς βάσης Ας υπολογίσουμε το pH ενός διαλύματος που παράγεται από την προσθήκη 0, 10, 20, 25, 50, και 70 mL of 0.1 M υδροχλωρικού οξέος σε 50 mL of 0.1 M υδροξειδίου του αμμωνίου

9 Ογκομέτρηση μιας ασθενούς βάσεως 1 – ασθενής βάση pH = (pK b – log[βάση] 2 – ρυθμιστικό pH = pK a + log[βάση /οξύ] 3 – ισοδύναμο σημείο; Άλας της ασθενούς βάσης pH = 0.5 (14 - pK b - log[άλας]) 4 – ισχυρό οξύ pH = -log[H + ] HCl, mL pH X X

10 Αμφοτερισμός-Αμφολύτες Κάποιες ουσίες δρουν και ως οξέα και ως βάσεις ανάλογα με την περίπτωση πχ. H 2 O HC 2 H 3 O 2 + H 2 O = H 3 O + + C 2 H 3 O 2 - οξύ βάση οξύ βάση NH 3 + H 2 O = NH OH - βάση οξύ οξύ βάση PH αμφολύτη?

11 Πολυπρωτικά συστήματα pH αμφολύτη- (ενδιάμεσης μορφής)

12 Το pH ενός διπρωτικού οξέος Με προσεγγίσεις

13 Πολυπρωτικές ισορροπίες Οξέων-Βάσεων Πολυπρωτικά Οξέα και Βάσεις Ποιες είναι οι μορφές που επικρατούν ?  Εξαρτάται από το pH του δείγματος και τις τιμές pK a - Σε pH= pK a, 1:1 μίγμα HA και A - - Για μονοπρωτικό, το A - επικρατεί όταν pH > pK a - Για μονοπρωτικό, το HA επικρατεί όταν pH < pK a  Ομοίως για πολυπρωτικό, αλλά με διάφορες τιμές pK a pHΕπικρατού σες μορφές pH < pK 1 H2AH2A pK 1 < pH < pK 2 HA - pH > pK 2 A 2- Διπρωτικό οξύ Τριπρωτικό οξύ Καθορισμός των Μορφών που επικρατούν με σύγκριση του pH του διαλύματος με τις τιμές pKa

14 Πολυπρωτικές ισορροπίες Οξέων-Βάσεων Διπρωτικά Οξέα και Βάσεις Διαδικασία προσδιορισμού pH  Απλοποιημένος υπολογισμός για την Ενδιάμεση μορφή (HL) Υποθέτουμε ότι K 2 F >> K w : Υποθέτουμε K 1 << F:

15 Πολυπρωτικές ισορροπίες Οξέων- Βάσεων Διπρωτικά Οξέα και Βάσεις Διαδικασία προσδιορισμού pH  Απλοποιημένος υπολογισμός για την Ενδιάμεση μορφή (HL) Διαγραφή F: Παίρνουμε τον - log: Το pH της ενδιάμεσης μορφής ενός διπρωτικού οξέος είναι πλησίον του ημιαθροίσματος των pK 1 και pK 2 Ανεξάρτητο της συγκέντρωσης:

16 Πολυπρωτικές ισορροπίες Οξέων-Βάσεων Ρυθμιστικά διπρωτικών οξέων Ισχύει η ίδια προσέγγιση με τα ρυθμιστικά των μονοπρωτικών οξέων  Γράφουμε τις δύο εξισώσεις Henderson-Hasselbalch  Και οι δύο εξισώσεις είναι πάντα αληθείς  Η λύση αναφέρεται σε ένα μόνο pH  Η επιλογή της κατάλληλης εξίσωσης (ανάλογα με το pH) βασίζεται στο τι είναι γνωστό - [H 2 A] και [HA - ] γνωστά –χρήση της εξίσωσης pK 1 - [HA - ] και [A 2- ] γνωστά - χρήση της εξίσωσης pK 2

17 Πολυπρωτικές ισορροπίες Οξέων-Βάσεων Ρυθμιστικά διπρωτικών Παράδειγμα 1:  Πόσα grams Na 2 CO 3 (FM ) θα πρέπει να αναμιχθούν με 5.00 g NaHCO 3 (FM 84.01) για την παραγωγή 100 mL ρυθμιστικού με pH 10.00? FM = FM = FM = 62.03

18 Πολυπρωτικές ισορροπίες Οξέων-Βάσεων Ρυθμιστικά διπρωτικών Παράδειγμα 2:  Πόσα milliliters M NaOH θα πρέπει να προστεθούν σε 25.0 mL M σαλυκιλικού οξέος (2-hydroxybenzoic acid) για να φέρουν το pH στο 3.50?

19 Πολυπρωτικές ισορροπίες Οξέων-Βάσεων Πολυπρωτικά Οξέα και Βάσεις Επέκταση της επεξεργασίας των Διπρωτικών Οξέων και Βάσεων σε Πολυπρωτικά συστήματα  Ισορροπίες για τριπρωτικό σύστημα  Για ένα πολυπρωτικό σύστημα θα είχαμε n τέτοιες ισορροπίες Ισορροπίες οξέων: Ισορροπίες βάσεων:

20 Πολυπρωτικές ισορροπίες Οξέων-Βάσεων Πολυπρωτικά Οξέα και Βάσεις Επέκταση της επεξεργασίας των Διπρωτικών Οξέων και Βάσεων σε Πολυπρωτικά συστήματα  Κανόνες για το τριπρωτικό σύστημα 1.Το H 3 A το επεξεργαζόμεθα σαν ένα μονοπρωτικό οξύ, K a = K 1 2.Το H 2 A - ομοίως σαν μια ενδιάμεση μορφή ενός διπρωτικού οξέος 3.HA 2- ομοίως σαν μια ενδιάμεση μορφή ενός διπρωτικού οξέος a.Περιβαλλόμενη από H 2 A - και A 3- b.Χρησιμοποιούμε K 2 & K 3, αντί K 1 & K 2 4.Το A 3- το επεξεργαζόμεθα ως μονοβασικό με K b =K b1 =K w /K a3

21 Πολυπρωτικές ισορροπίες Οξέων-Βάσεων Πολυπρωτικά Οξέα και Βάσεις Επέκταση της επεξεργασίας των Διπρωτικών Οξέων και Βάσεων σε Πολυπρωτικά συστήματα  Κανόνες για το τριπρωτικό σύστημα Επεξεργασία σαν μονοπρωτικό οξύ: Επεξεργασία σαν Μονοπρωτική βάση: Επεξεργασία σαν Ενδιάμεσες μορφές Επεξεργασία σαν Ενδιάμεσες μορφές

22 Εργασία στο σπίτι….. 1. Ποιο είναι το pH ενός διαλύματος 0.1 Μ Η 3 ΡΟ 4 ? 2. Ποιο είναι το pH ενός διαλύματος 0.1 Μ Na 3 PO 4 ? Δίδονται pka 1 =2.15 pka 2 =7.20 pka 3 =12.15

23

24 Πεπτίδια-Πρωτεΐνες Ισοηλεκτρικό σημείο

25 Tα αμινοξέα ταξινομούνται ανάλογα με την φύση της πλευρικής ομάδας R

26 Mη πολικά Πολικά μη φορτισμένα Φορτισμένα όξινα Φορτισμένα βασικά

27 Aμινοξέα

28 Λειτουργική σπουδαιότητα… Υδρόφοβα αμινοξέα: ανευρίσκονται στο εσωτερικό των πρωτεϊνών προστατευμένα από την άμεση επαφή με το νερό Υδρόφιλα αμινοξέα:γενικά ευρίσκονται στο εξωτερικό των πρωτεϊνών καθώς επίσης και στο ενεργό κέντρο των ενζύμων Η ομάδα του ιμιδαζολίου:δρά ως δότης ή δέκτης πρωτονίου στο φυσιολογικό pH (κέντρα αντίδρασης των ενζύμων) Πρωτοταγείς αλκοoλικές ομάδες και ομάδες θειόλης: δρούν ως νουκλεόφιλα κατά την ενζυμική κατάλυση (δισουλφιδικοί δεσμοί)

29 Ιστιδίνη pk a :6

30 Ας θυμηθούμε… Οξύτητα-Βασικότητα Ισορροπία Noυκλεοφιλία- Ηλεκτρονιοφιλία Ταχύτητα αντίδρασης

31 Ρόλος των αμινοξέων στην γενική οξεοβασική κατάλυση

32 pK a Αμινοξέων με μια ιονιζόμενη ομάδα -R Amino Acid α-COOH pK a1 α-NH 3 + pK a2 Πλευρική αλυσίδα pK a3 pI Arginine Histidine Lysine Aspartic Acid Cysteine Glutamic Acid Tyrosine

33 Πρωτεîνες, Αμινοξέα, και pH

34 Ασθενής Βάση Ασθενές Οξύ

35 Zwitterion Το αμινοξύ υπάρχει ως ένα διπολικό ιόν. Η -COOH χάνει H +, η -NH 2 κερδίζει H +. Η μορφή-δομή εξαρτάται από το pH.

36 Αμινοξέα-Πεπτίδια-Πρωτεΐνες

37 Σύγκριση Αμινοξέων και Διπρωτικών Οξέων K a1 KwKw K a1 K a2

38 Εισαγωγή 1.) Πολυπρωτικά συστήματα Αμινοξέα - Η καρβοξυλική ομάδα είναι ισχυρότερο οξύ από την ομάδα του αμμωνίου - Η ομάδα R είναι διαφορετική για κάθε αμινοξύ  Τα αμινοξέα είναι υπό την μορφή zwitterion – μόριο με θετικό και αρνητικό φορτίο συγχρόνως - Σε χαμηλό pH, αμφότερες οι ομάδες του αμμωνίου και η καρβοξυλική είναι πρωτονιωμένες - Σε υψηλό pH, καμμία ομάδα δεν είναι πρωτονιωμένη - Σταθεροποίηση με αλληλεπίδραση με τον διαλύτη Πολυπρωτικές ισορροπίες Οξέων-Βάσεων όξινη (βασική Το συνολικό φορτίο είναι ουδέτερο

39 Πολυπρωτικές ισορροπίες Οξέων-Βάσεων Διπρωτικά οξέα και βάσεις 2.)Πολλαπλές ισορροπίες  Το παράδειγμα με την λευκίνη (HL)  Αντιδράσεις ισορροπίας Χαμηλό pH Yψηλό pH Η καρβοξυλομάδα χάνει Η+ Η ομάδα του αμμωνίου χάνει H + Διπρωτικό οξύ:

40 Πολυπρωτικές ισορροπίες Οξέων-Βάσεων Διπρωτικά Οξέα και Βάσεις 2.)Πολλαπλές Ισορροπίες  Αντιδράσεις ισορροπίας Διπρωτική βάση: Σχέση μεταξύ K a και K b

41 Πολυπρωτικές ισορροπίες Οξέων-Βάσεων Διπρωτικά Οξέα και Βάσεις 3.) Διαδικασία για τον προσδιορισμό του pH  Τρία είναι τα συστατικά  Οξινη Μορφή [H 2 L + ]  Βασική Μορφή [L - ]  Ενδιάμεση Μορφή [HL] Χαμηλό pH Υψηλό pH Η καρβοξυλομάδα χάνει Η+ Η ομάδα του αμμωνίου χάνει H +

42 Πολυπρωτικές ισορροπίες Οξέων-Βάσεων Διπρωτικά Οξέα και Βάσεις 3.) Διαδικασία για τον προσδιορισμό του pH  Οξινη Μορφή(H 2 L + )  Το παράδειγμα του αμινοξέος λευκίνη  H 2 L + είναι ένα ασθενές οξύ και HL είναι ένα πολύ ασθενές οξύ K 1 =4.70x10 -3 K 2 =1.80x Υποθέστε ότι H 2 L + συμπεριφέρεται σαν ένα μονοπρωτικό οξύ

43 Πολυπρωτικές ισορροπίες Οξέων-Βάσεων Διπρωτικά Οξέα και Βάσεις 3.) Διαδικασία για τον προσδιορισμό του pH  M υδροχλωρικής λευκίνης + H + H2L+H2L+ HLH+H xxx K 1 =4.70x10 -3 Προσδιορισμό [H + ] από K a : pH από [H + ]: Προσδιορισμός H 2 L + ]:

44 Πολυπρωτικές ισορροπίες Οξέων-Βάσεων Διπρωτικά Οξέα και Βάσεις 3.) Διαδικασία για τον προσδιορισμό του pH  Οξινη μορφή (H 2 L + ) Ποια είναι η [L - ] στο διάλυμα? [L - ] είναι πολύ μικρή αλλά όχι 0. Υπολογισμός από K a2 Προσεγγιστικά [H + ] ≈ [HL], από την εξίσωση K a2 [L - ]=K a2 Επαλήθευση της παραδοχής

45 Πολυπρωτικές ισορροπίες Οξέων-Βάσεων Διπρωτικά Οξέα και Βάσεις 3.) Διαδικασία για τον προσδιορισμό του pH  Για τα περισσότερα διπρωτικά οξέα, K 1 >> K 2 - Η παραδοχή ότι το διπρωτικό οξύ συμπεριφέρεται ως μονοπρωτικό - K a ≈ K a1  Ακόμη και εάν η K 1 είναι 10x μεγαλύτερη από την K 2 - Το σφάλμα στο pH είναι μόνο 4% ή 0.01 pH units  Βασική μορφή (L - )  Η L - είναι μια ασθενής βάση και η HL είναι μια ιδιαίτερα ασθενής βάση Υποθέστε ότι η L - συμπεριφέρεται ως ασθενής βάση

46 Πολυπρωτικές ισορροπίες Οξέων-Βάσεων Διπρωτικά Οξέα και Βάσεις 3.) Διαδικασία για τον προσδιορισμό του pH  M άλατος με νάτριο της λευκίνης L - HLOH xx x Προσδιορισμός της [OH - ] από την K b : Προσδιορισμός pH και [H + ] από K w : Προσδιορισμός [L - ]:

47 Πολυπρωτικές ισορροπίες Οξέων-Βάσεων Διπρωτικά Οξέα και Βάσεις 3.) Διαδικασία για τον προσδιορισμό του pH  Βασική Μορφή (L - ) Ποια είναι η συγκέντρωση της H 2 L + στο διάλυμα? Η [H 2 L + ] είναι πολύ μικρή αλλά όχι 0. Υπολογισμός από την K b2 Επαλήθευση της παραδοχής [OH - ] ≈ [HL], Η πλήρως βασική μορφή ενός αμινοξέος μπορεί να επεξεργασθεί ως μονοβασική, K b =K b1

48 Πολυπρωτικές ισορροπίες Οξέων-Βάσεων Διπρωτικά Οξέα και Βάσεις 3.)Διαδικασία προσδιορισμού pH  Ενδιάμεση μορφή (HL) - Πιο σύνθετο γιατί HL είναι και οξύ και βάση  Αμφιπρωτική ουσία – μπορεί να δώσει και να δεχθεί πρωτόνιο  Εφόσον K a > K b, το διάλυμα αναμένεται να είναι όξινο - Δεν μπορούμε να αγνοήσουμε την ισορροπία της βάσης  Χρειάζεται συστηματική ανάλυση

49 Ακολουθεί μαθηματική επεξεργασία των ισορροπιών για την εύρεση του τελικού τύπου του pH της ενδιάμεσης μορφής (όμως δεν χρειάζεται να την γνωρίζετε) Οφείλετε να γνωρίζεται μόνο τον τελικό τύπο με τις απλοποιήσεις

50 Πολυπρωτικές ισορροπίες Οξέων-Βάσεων Στάδιο 1: Ισορροπίες: Στάδιο 2: Ισοστάθμιση φορτίων: Στάδιο 3: Ισοστάθμιση μάζας: Στάδιο 4: Εκφραση της σταθεράς ισορροπίας (μία για κάθε ισορροπία): Διπρωτικά Οξέα και Βάσεις 3.)Διαδικασία προσδιορισμού pH  Ενδιάμεση μορφή (HL)

51 Στάδιο 5: Λύουμε: Πολυπρωτικές ισορροπίες Οξέων-Βάσεων Διπρωτικά Οξέα και Βάσεις 3.)Διαδικασία προσδιορισμού pH  Ενδιάμεση μορφή (HL) Αντικαθιστούμε τις εξισώσεις ισορροπίας στην ισοστάθμιση του φορτίου : Ολοι οι όροι είναι εκφρασμένοι σε [H + ] Πολλαπλασιάζ ουμε επί [H + ]

52 Πολυπρωτικές ισορροπίες Οξέων-Βάσεων Διπρωτικά Οξέα και Βάσεις 3.)Διαδικασία προσδιορισμού pH  Ενδιάμεση μορφή (HL) Στάδιο 5: Λύουμε: Εκτός ο παράγων [H + ] 2 : Λύουμε ως πρός:

53 Πολυπρωτικές ισορροπίες Οξέων-Βάσεων Διπρωτικά Οξέα και Βάσεις 3.)Διαδικασία προσδιορισμού pH  Ενδιάμεση μορφή (HL) Στάδιο 5: Λύνουμε: Πολλαπλασιάζουμε επί Κ1 και λαμβάνουμε την τετραγωνική ρίζα: Υποθέτουμε [HL]=F, ελάχιστη διάσταση: (K 1 & K 2 είναι μικρές)

54 Πολυπρωτικές ισορροπίες Οξέων-Βάσεων Τελικός τύπος Διπρωτικά Οξέα και Βάσεις 3.)Διαδικασία προσδιορισμού pH  Ενδιάμεση μορφή (HL) Στάδιο 5: Λύνουμε: Υπολογίζουμε το pH:

55 Πολυπρωτικές ισορροπίες Οξέων-Βάσεων Διπρωτικά Οξέα και Βάσεις 3.)Διαδικασία προσδιορισμού pH  Ενδιάμεση μορφή (HL) Στάδιο 7: Επαλήθευση των παραδοχών Υπόθεση [HL]=F=0.0500M, ελάχιστη διάστάση(K 1 & K 2 μικρές). Υπολογίζουμε [L - ] & [H 2 L + ] από K 1 & K 2 : [HL]=0.0500M >> 9.36x10 -6 [H 2 L + ] & 1.02x10 -5 [L - ] Επαλήθευση της παραδοχής

56 Πολυπρωτικές ισορροπίες Οξέων-Βάσεων Διπρωτικά Οξέα και Βάσεις 3.)Διαδικασία προσδιορισμού pH  Ενδιάμεση μορφή (HL) Περίληψη των αποτελεσμάτων:  [L - ] ≈ [H 2 L + ]  οι δύο ισορροπίες προχωρούν στην ίδια έκταση ακόμη και εάν K a >K b  Σχεδόν όλη η λευκίνη παρέμεινε ως HL  Διακύμανση των pHs και των συγκεντρώσεων για τις τρεις διαφορετικές μορφές ΔιάλυμαpH[H + ] (M)[H 2 L + ] (M)[HL] (M)[L - ] (M) Οξινη μορφή M H 2 A x x x x Ενδιάμεση μορφή M HA x x x x10 -5 Βασική μορφή M HA x x x x10 -2

57 Το ισοïοντικό σημείο υπολογίζεται….

58 Η απλοποίηση του τύπου οδηγεί …..

59 Συμπερασματικά Ισοηλεκτρικό και Iσοîοντικό pH είναι …

60 Ισοîοντικό σημείο: Iσοîοντικό pH–είναι το pH που λαμβάνεται όταν το καθαρό, ουδέτερο πολυπρωτικό οξύ HA διαλύεται στο νερό  Μορφή ουδέτερου zwitterion  Ιόντα είναι μόνο H 2 A +, A -, H + και OH -

61 Ισοηλεκτρικό σημείο Ισοηλεκτρικό σημείο–το pH στο οποίο το μέσο φορτίο του πολυπρωτικού οξέος είναι μηδέν 0  Ισοηλεκτρικό σημείο: [A - ] = [H 2 A + ]

62 Όμως οφείλετε να γνωρίζετε μόνο τον τύπο του ισοηλεκτρικού σημείου

63 Ισοηλεκτρικό και Iσοîονικό pH Παράδειγμα:  Προσδιορίστε το ισοηλεκτρικό και ισοïοντικό pH για 0.10 M αλανίνης Λύση: Για το ισοïοντικό σημείο:

64 Συνέχεια.. Παράδειγμα:  Προσδιορίστε το ισοηλεκτρικό και ισοιοντικό pH για 0.10 M αλανίνης. Λύση: Για το ισοηλεκτρικό σημείο: Το ισοηλεκτρικό και το ισοιοντικό σημείο για τα πολυπρωτικά οξέα είναι σχεδόν τα ίδια

65

66 Ογκομέτρηση Αμινοξέων pH, pK a, και pI Τι συνάγουμε από τις καμπύλες ογκομέτρησης?

67

68 Καμπύλη ογκομέτρησης ενός αμινοξέος pK 1 =2 pK 2 =9.5 pH COOH Equivalents OH- Γλυκίνη -COOH -COO - H 3 N- + H 2 N- H 3 N- + Για να χαράξουμε μια καμπύλη ογκομέτρησης, (1) προσδιορίζουμε τον αριθμό των ιονιζόμενων ομάδων, (2) τοποθετούμε τις τιμές pK (3) σχεδιάζουμε την καμπύλη. COOH H -N-C-H H H H +

69

70 Μορφή αμινοξέος και pH

71 pK 1 -COOH = 2.2 pK 2 –NH 3 + = 9.0 pK 3 ομάδα -R = 10.5 pI = (pK 2 + pK 3 )/2 pI = (9+10.5)/2 pI = 9.75 Καμπύλη ογκομέτρησης λυσίνης

72 Καμπύλη ογκομέτρησης γλουταμικού

73

74 pH pK 3 = 9.5 pK 2 = 4.0 pK 1 = Equivalents of OH - -H COOH C CH 2 COOH H 3 N- + -H COO - C CH 2 COOH H 3 N- + -H COO - C CH 2 COOH H 3 N- + -H COO - C CH 2 COO - H 3 N- + -H COO - C CH 2 COO - H 3 N- + -H COO - C CH 2 COO - H 2 N- -H COOH C CH 2 COOH H 3 N- + Γλουταμικό

75 Καμπύλη ογκομέτρησης ιστιδίνης

76 Ο πεπτιδικός δεσμός

77 Ενα πεπτίδιο

78

79

80 Υπολογισμός pI στις πρωτεΐνες μέσω του WWW

81 Εάν η τυροσίνη είναι θαμμένη βαθειά μέσα σε μια πρωτεîνη δεν είναι εύκολα προσβάσιμη και απαιτείται υψηλό pH για την απομάκρυνση του Η +.Από την καμπύλη της ογκομέτηρσης μπορούμε να συνάγουμε την κατά προσέγγιση pK a του κάθε αμινοξέος. Οι τιμές pK a υποδηλώνουν το περιβάλλον. Pka και περιβάλλον

82 Μερικά προβλήματα….

83 Πρόβλημα Δίδεται 1 λίτρο 0.1 Μ γλυκίνης. Α. Ποιες τιμές pH αναλογούν σε ένα αποτελεσματικό ρυθμιστικό διάλυμα γλυκίνης? Δίδονται pka 2.34 και 9.6 Απάντηση pH=pka±1 Να αναγραφούν οι εξισώσεις Ηenderson με τις αντίστοιχες μορφές του αμινοξέος….

84 Πρόβλημα συνέχεια… Δίδεται 1 λίτρο 0.1 Μ γλυκίνης. Β. Σε ένα 0.1 M διάλυμα pH 9.0, πόσο είναι το ποσοστό (%) της μορφής που έχει την αμινομάδα ως-ΝΗ 3 + ? Απάντηση pH=pka+logA/HA 9.0=9.6+logA/HA ->logA/HA=-0.6 -> A/HA=0.25 HA+A=0.1 -> HA+0.25HA=0.1 -> 1.25HA=0.1-> HA=0.08 M που σημαίνει 80%. Ποιες είναι οι μορφές ΗΑ, Α της γλυκίνης?

85 Πρόβλημα συνέχεια… Δίδεται 0.1 Μ διαλύματος γλυκίνης. Πόσα ml 5M KOH απαιτούνται για να μεταβάλλουν το pH από 9 σε 10 για 1λίτρο διαλύματος 0.1Μ γλυκίνης ? Απάντηση pH=pka+logA/HA 10.0=9.6+logA/HA ->logA/HA=0.4 -> A/HA=2.5 HA+2.5ΗΑ=0.1 -> 3.5HA=0.1 -> HA=0.029moles/lit. Aπό pH 9 σε pH 10, σημαίνει ότι το ΗΑ μειώνεται λόγω της προσθήκης ΟΗ- με τα οποία αντιδρά. Επομένως από 0.08 Μ (βλέπε προηγούμενη άσκηση) μειώνεται στα 0.029Μ, άρα η μεταβολή είναι moles. Eπομένως moles=YmlX5 moles/1000ml,->51=5Y- >Y=51/5=10.2 ml KOH

86 26. Yπολογίστε το pH των τριών διαλυμάτων γλυκίνης 0.1 Μ (της κάθε μορφής) Δίδεται pka1=2.34, pka2=9.6. Oδηγίες Να αναγραφούν και οι τρείς μορφές και οι ισορροπίες ιονισμού Απάντηση α. pH=1.72 (με επίλυση δευτεροβάθμιας εξίσωσης για μεγαλύτερη ακρίβεια επειδή η καρβοξυλομάδα είναι ισχυρότερο οξύ από αυτήν του οξικού, γιατί?) β. pH=(pka1+pka2)/2=5.97 γ. pH =11.3 (με υπολογισμό πρώτα της σταθεράς υδρολύσεως)

87 Πολυπρωτικές ισορροπίες Οξέων-Βάσεων Πολυπρωτικά οξέα και βάσεις 2.)Παράδειγμα  Πόσα milliters 1.00 M KOH θα πρέπει να προστεθούν σε 100 mL διαλύματος που περιέχει 10.0 g υδροχλωρική ιστιδίνη (His. HCl FM ) για να πάρουμε ένα pH 9.30?.

88 25. Ποιο είναι το pI ενός πενταπεπτιδίου που αποτελείται από κατάλοιπα ασπαρτικού, λυσίνης, βαλίνης, αργινίνης και ιστιδίνης? Aπάντηση: 10.2

89

90 Ακολουθούν οι διαδοχικοί ιονισμοί του πεπτιδίου…

91

92

93

94

95

96

97

98 pI = 1/2(pKa4 + pKa5) pI = 1/2( ) pI = 10.2

99 Ελεγχος από το pH της πρωτεϊνικής λειτουργίας Η πρωτεϊνική λειτουργία τροποποιείται ανάλογα με το μικροπεριβάλλον

100 Influenza Hemagglutinin protein Αλλαγή στην διαμόρφωση Καταλυτική δραστικότητα Συγγένεια πρόσδεσης Σταθερότητα Κόκκινο: περιοχή της αιμοσυγκολλητίνης ευαίσθητη στο pH το pH έχει πολύ σημαντικές επιδράσεις στις πρωτεΐνες

101 pH και πρωτεϊνική λειτουργία Αναδίπλωση της πρωτεΐνης Πρωτεϊνική συνάθροιση Σχεδιασμός πρωτεϊνών?

102 Πρωτεïνικός έλεγχος Η πρωτεïνική λειτουργία τροποποιείται από το pH του περιβάλλοντος στο οποίο λειτουργεί η πρωτεîνη ( π.χ οι ενδοσωμιακές πρωτεάσες δρούν σε όξινο pH ). Μεταβολές στο pH μπορεί να αλλοιώσουν σημαντικά την πρωτεïνική δομή και λειτουργία. Τροποποίηση της επιφανειακής κατανομής του φορτίου μιας πρωτεîνης από μεταβολές του pH μπορεί έμμεσα να επηρεάσει την βιοχημική λειτουργία με μακράς –απόστασης αλληλεπιδράσεις που αλλοιώνουν την έκταση ιονισμού ουσιωδών λειτουργικών ομάδων σε ένα ενεργό κέντρο ή σε κάποια θέση πρόσδεσης.

103 Γιατί τόσο ενδιαφέρον για τις pK a ? Η σταθερότητα των πρωτεϊνών είναι εξαρτώμενη από το pH Εάν η pK a ενός κατάλοιπου είναι διαφορετική στην αναδιπλωμένη κατάσταση από τη τιμή του στη αποδιαταγμένη, η σταθερότητα της πρωτεΐνης θα εξαρτάται από το pH Οι πρωτεΐνες είναι πιο σταθερές πλησίον του pH στο οποίο λειτουργούν

104 Παράγοντες που επιδρούν στις τιμές pka Ta ιονιζόμενα κατάλοιπα εντός των αναδιπλωμένων πρωτεϊνών αντιμετωπίζουν δυσκολίες, συγκριτικά με το νερό: 1. Είναι μερικώς μη επιδιαλυτωμένα από την πρωτεΐνη Αυτό είναι μη ευνοϊκό ειδικά για την φορτισμένη μορφή (επειδή είναι ένα ιόν) Αλλά είναι επίσης και μη ευνοϊκό για την ουδέτερη μορφή (επειδή είναι ένα δίπολο) 2. Κάνουν νέες αλληλεπιδράσεις με άλλα κατάλοιπα 3. Αυτές οι νέες αλληλεπιδράσεις μπορεί να είναι ενεργητικά ευνοϊκές ή μη ευνοΐκές 4. Συνήθως η φορτισμένη μορφή είναι εκείνη που επηρεάζεται περισσότερο από εκείνες τις αλληλεπιδράσεις παρά η ουδέτερη μορφή

105 Πρωτεïνικός έλεγχος Η κατάσταση ιονισμού των λειτουργικών ομάδων εξαρτάται από την ιδιαίτερη ομάδα και το τοπικό περιβάλλον στο οποίο ευρίσκεται. Η αναδίπλωση μιας πρωτεîνης μπορεί να δημιουργεί εξειδικευμένα τοπικά περιβάλλοντα όπου η οξεο-βασική συμπεριφορά των ιονιζόμενων μπορεί να διαταραχθεί.

106 Απλοί κανόνες για την εικασία μεταθέσεων της pK a όξινα κατάλοιπα (asp & glu) Εάν η φορτισμένη μορφή είναι «δυστυχής» : η απελευθέρωση του πρωτονίου είναι πιο δύσκολη έτσι η pKa ανεβαίνει Εάν η φορτισμένη μορφή είναι «ευτυχής»: η απελευθέρωση του πρωτονίου είναι ευκολότερη άρα η pKa κατεβαίνει βασικά κατάλοιπα (arg, lys & his) Εάν η φορτισμένη μορφή είναι «δυστυχής»: η απελευθέρωση του πρωτονίου είναι ευκολότερη άρα η pKa κατεβαίνει Εάν η φορτισμένη μορφή είναι «ευτυχής» : η απελευθέρωση του πρωτονίου είναι πιο δύσκολη Έτσι η pKa ανεβαίνει COOH  COO – + H 3 O + NH 3 +  NH 2 + H 3 O + υπενθύμιση: μια pK a είναι ακριβώς η ΔG της απελευθέρωσης του πρωτονίου ΔG 0 =-2.303RTlogKa

107 Παράδειγμα: ένα γλουταμικό με υψηλή pK a αυτό το γλουταμικό είναι εν μέρει θαμμένο και κάνει μη ευνοϊκές αλληλεπιδράσεις με άλλα κατάλοιπα αυτό είναι ιδιαίτερα μη ευνοϊκό για την φορτισμένη μορφή (συγκριτικά με την παρουσία νερού) αυτό μεταθέτει την ισορροπία προς την πλευρά της ουδέτερης μορφής έτσι θα πρωτονιωθεί ακόμη και σε χαμηλή [H + ] ( Υψηλό pH) επομένως η pKa του καταλοίπου αυξάνεται από 4.4 σε ~6

108 Παράδειγμα: ένα ασπαρτικό με χαμηλή pK a αυτό το ασπαρτικό είναι εν μέρει θαμμένο αλλά κάνει ~4 υδρογονοδεσμούς με γειτονικά κατάλοιπα είναι επίσης κοντά σε μερικά θετικά φορτισμένα κατάλοιπα η φορτισμένη μορφή είναι πολύ «ευτυχής» εκεί, έτσι είναι πιο δύσκολο να προσλάβει ένα πρωτόνιο επομένως πρέπει να αυξήσουμε την [H + ] (χαμηλό pH) για να προστεθεί πρωτόνιο επομένως η pKa του κατάλοιπου ελαττώνεται από 4 σε ~2

109 Pka και περιβάλλον

110 Συνοψίζοντας… O ρόλος του Μικροπεριβάλλοντος και οι φαινόμενες pΚa των ιονιζόμενων λειτουργικών ομάδων των πρωτε O ρόλος του Μικροπεριβάλλοντος και οι φαινόμενες pΚa των ιονιζόμενων λειτουργικών ομάδων των πρωτεϊνών Υδρόφοβο μικροπεριβάλλον Οι ηλεκτροστατικές επιδράσεις στις πρωτεΐνες περιλαμβάνουν μεταβολές στις pka. Eυνοϊκές ηλεκτροστατικές αλληλεπιδράσεις αυξάνουν την τάση μιας ομάδας να ιονισθεί Η προσιτότητα σε ένα διαλύτη και η πολικότητα επηρεάζουν την pΚa O ιονισμός επίσης γίνεται λιγότερο ευνοϊκός από το ογκώδες των περιβαλλόντων αλειφατικών ομάδων

111 Τα ενεργά κέντρα των ενζύμων προάγουν την οξεο-βασική κατάλυση Η χημεία του ενεργού κέντρου

112 Λόγοι ενδιαφέροντος για τις pK a Η ενζυμική δραστικότητα είναι εξαρτώμενη από το pH Πολλά καταλυτικά στάδια περιλαμβάνουν προσθήκη ή απομάκρυνση πρωτονίων Οι ταχύτητες αυτών των σταδίων θα εξαρτώνται από το pH και από τις pK a των καταλοίπων που εμπλέκονται Τα ένζυμα έχουν βέλτιστα pH (μερικές φορές απώλεια της δραστικότητας σε μη- βέλτιστα pH οφείλεται σε αποδιάταξη του ενζύμου)

113 Το ενεργό κέντρο των ενζύμων μπορεί να τροποποιεί τις pka -C-H γαλακτικού pka >20 με τροποποίηση pka -COOH από pka~3.9 pka~7 σε μη πολικό περιβάλλον -COOH γλουταμικού35 στο ενεργό κέντρο της λυσοζύμης από pka~ 4 pka~6

114 Το ενεργό κέντρο της λυσοζύμης

115 Το ενεργό κέντρο των ενζύμων μπορεί να τροποποιεί τις pka Το μικροπεριβάλλον της πρωτεΐνης τροποποιεί την pk a του Glu35 σε pk a ~ 7 αντί του αναμενόμενου pk a ~4 (ανευρίσκεται σε υδρόφοβο θύλακο) για να μπορεί να δώσει το Η + στην ομάδα C-O-R για την διάσπαση του δεσμού C-O. Στην ιονισμένη μορφή σταθεροποιεί το θετικό φορτίο της μεταβατικής κατάστασης Το Asp52 με τo αναμενόμενo pk a και το αρνητικό φορτίο σταθεροποιεί ένα θετικό φορτίο στο σάκχαρο κατά την κατάλυση


Κατέβασμα ppt "Ρυθμιστικά Διαλύματα Ορισμός: ένα διάλυμα που περιέχει ένα ασθενές οξύ/βάση και το αντίστοιχο αλάτι, το οποίο ανθίσταται στην μεταβολή του pH που οφείλεται."

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Διαφημίσεις Google