propiedades iónicas de los aminoácidos

PROPIEDADES IÓNICAS DE LOS AMINOÁCIDOS
INTRODUCCIÓN
Las proteínas son macromoléculas compuestas por unidades más pequeñas,
conocidas como aminoácidos. En las proteínas se encuentran básicamente veinte
aminoácidos diferentes, los cuales contienen un grupo carboxilo (-COOH, acido
débil) y un grupo amino (-+NH3, base débil) unidos al mismo átomo de carbono
(carbono α, carbono quiral). Estos aminoácidos difieren unos de otros únicamente
por la naturaleza de sus cadenas laterales, o grupos R, que varían en estructura,
tamaño, carga eléctrica y reactividad química (Gonzales et al, 2009; Moore &
Langley, 2008).
Todos los aminoácidos presentan al menos un grupo ácido (donador de protones)
y un grupo básico (aceptor de protones) que se ionizan cuando están en solución,
por lo que los aminoácidos pueden tener propiedades de acido y de base, es decir
son anfotéricos (Voet & Voet, 2004). Cada grupo tiene un pK, el cual corresponde
al pH en el que se encuentra la misma cantidad de la forma no ionizada que de la
ionizada (Gonzales et al, 2009; Houston, 2006):
Los aminoácidos tienen al menos dos pK, por lo que tienen mayor capacidad
amortiguadora, ya que presentan de tres a cuatro formas iónicas diferentes.
Cuando la forma iónica tiene una carga neta de cero (zwitterion), se dice que se
encuentra en su punto isoeléctrico o pi. Al variar el pH, cambia la proporción de
las formas iónicas y es posible ver la capacidad amortiguadora de los
aminoácidos. Cada aminoácido tiene sus propios pK, puesto que presenta
diferentes sustituyentes en sus cadenas laterales (Gonzales et al, 2009).
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OBJETIVO GENERAL
Determinar en forma práctica los pK de un aminoácido, mediante el método
titulación por neutralización.
OBJETIVOS PARTICULARES
-
Determinar los pK de un aminoácido mediante una titulación.
-
Comparar los valores de los pK del aminoácido problema, obtenidos
experimentalmente, con los valores teóricos para su identificación.
-
Aprender el uso del potenciómetro.
HIPÓTESIS
Si se lleva a cabo la titulación de un aminoácido midiendo la variación del pH al
agregar cantidades mínimas de solución básica conocida, utilizando para ello el
potenciómetro, es posible obtener la curva de titulación y en ella determinar los pK
de éste aminoácido.
MATERIALES Y MÉTODOS
Primero, en un vaso de precipitados de 100 ml, se colocó una alícuota de 30 ml de
una solución de un aminoácido problema 0.06 M (en HCl 0.005 M, pH de 1).
Posteriormente, se colocó el vaso sobre una base magnética y se introdujo el
agitador magnético, evitando salpicaduras.
Por otro lado, se calibro el potenciómetro a una temperatura ambiente de 27 °C
con dos soluciones amortiguadoras; una a un pH 4
y otra a pH 7, en cada
medición, al llegar a la cifra deseada, se lavo con agua destilada el electrodo y
después de tener las dos mediciones en este caso se consideró calibrado el
potenciómetro.
A continuación, se midió el pH de la solución de NaOH 0.3 N (previamente
preparada) y después se llenó una bureta con la misma. Enseguida, se colocó el
electrodo del potenciómetro dentro del vaso que contenía el aminoácido. Se midió
el pH inicial de la solución de aminoácido. Se inicio la titulación, adicionando
volúmenes de 0.2 ml y midiendo el pH en cada adición, hasta alcanzar el pH de la
solución de NaOH.
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RESULTADOS
El pH de las soluciones del aminoácido problema y el NaOH, al inicio de la
titulación, fueron de 2.52 y 12.85, respectivamente.
De la adición continua de 0.2 ml de la solución de NaOH a la solución del
aminoácido problema se obtuvo la siguiente tabla y su respectiva grafica:
Tabla 1: Titulación del aminoácido problema
ml NaOH
adicionados
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
2,2
2,4
2,6
2,8
3
3,2
3,4
3,6
3,8
4
4,2
4,4
4,6
pH
2,52
7,77
8,23
8,54
8,69
8,81
8,92
9,01
9,2
9,32
9,42
9,52
9,61
9,69
9,77
9,88
9,95
10,02
10,12
10,18
10,27
10,35
10,44
10,6
ml NaOH
adicionados
4,8
5
5,2
5,4
5,6
5,8
6
6,2
6,4
6,6
6,8
7
7,2
7,4
7,6
7,8
8
8,2
8,4
8,6
8,8
9
9,2
pH
10,69
10,8
10,88
11,1
11,35
11,51
11,81
12,06
12,26
12,35
12,45
12,51
12,56
12,6
12,67
12,7
12,74
12,75
12,78
12,8
12,82
12,83
12,85
La adición sucesiva de 0.2 ml de la solución de
NaOH modifica el pH de la solución del
aminoácido problema.
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Cuadro 1:
La curva de titulación del aminoácido problema muestra los
rangos por donde pueden encontrarse los pK del aminoácido,
además de su punto isoeléctrico.
Se determinaron dos pK para el aminoácido problema, tal como lo muestra la
grafica anterior. Puede notarse que no se encontraron los pK exactos del
aminoácido, pero se establece un rango para estos y el punto isoeléctrico.
Comparando con la literatura, para la identificación del aminoácido problema,
pueden descartarse los aminoácidos que tienen más de dos pK: tirosina, cisteína,
lisina, histidina, arginina, aspartato y glutamato (ver anexo 2). Por lo que el
aminoácido buscado está entre los que tienen los rangos de pK (2-3 y 9-10): todos
los demás, menos prolina y asparagina.
DISCUSIÓN
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Los aminoácidos con dos pK muestran valores muy similares, entonces la
identificación del aminoácido problema se vuelve un tanto subjetiva, por lo que se
elige a la glicina, el más sencillo de todos, como el aminoácido utilizado para la
titulación. Siendo así sus formas iónicas y la curva de titulación se muestran a
continuación:
CONCLUSIÓN
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Se realizó una curva de titulación por neutralización de un aminoácido problema,
utilizando para ello sus propiedades acido-base frente al NaOH y las lecturas de
pH con el potenciómetro, en la cual se establecieron los rangos posibles donde
pudieran encontrarse los pK de éste aminoácido, el cual, comparado con la
literatura, fue identificado como glicina.
BIBLIOGRAFÍA
-
Houston, M.E.; 2006. Biochemistry primer for exercise science. 3a ed.
-
González-Soto, E.; L. Bucio-Ortiz; P. Damián-Matzumura; F. Díaz de LeónSánchez; E. Cortés-Barberena; L.J. Pérez-Flores. (2009) Manual de
bioquímica 1. 3ª ed. México.
-
Moore, J.; R. Langley. 2008. Biochemistry for dumies. Wiley Publishing, inc.
Indianapolis, Indiana.
-
Voet, D.; J.G. Voet. 2004. Biochemistry. 3a ed. Wiley international edition.
USA.
-
Nelson, D.L.; M.M. Cox; 2007.Lehninger Principles of Biochemistry. 4a ed.
ANEXO 1 (CUESTIONARIO)
1.- ¿Cuales son los grupos funcionales del aminoácido que se neutralizan en la
titilación de un aminoácido?
Todos los aminoácidos constan mínimo de 2 y máximo de 3 grupos funcionales,
estos poseen una carga a distintos valores de pH. El primero en neutralizarse es el
ácido carboxílico, después el grupo R y al final el grupo amino, el orden se da en
la mayoría de los aminoácidos. Ref.(1988.harper.bioquimica de harper).
2.- ¿Que representa el PK de un grupo carboxilo o de un grupo amino?
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Representa un valor de pH en el cual el aminoácido presenta dos especies del
mismo compuesto, lo cual genera una zona de amortiguamiento. Ref. (1989.conn.
Bioquímica fundamental)
3.- partiendo de la especie totalmente protonada escriba las reacciones de
disociación que se presentan durante la titilación, con una base fuerte, de los
aminoácidos tirosina y ácido glutámico.
4.- indique si los aminoácidos pueden usarse como amortiguadores y en qué
casos.
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Si pueden usarse como amortiguadores porque tienen propiedades anfotericas, es
decir, pueden donar y aceptar protones de pendiendo la cantidad de titulante
empleado. Ref. (1989.conn. Bioquímica fundamental)
5.- ¿Cuál es el fundamento del potenciómetro?
Utiliza un electrodo combinado de vidrio, sirve para medir el pH, razón por la cual se le
conoce usualmente como pHmetro. Debe poder medir el pH con una exactitud de ±0,01
unidades de pH. Normalmente, los instrumentos modernos tienen un sistema de
compensación de temperatura y se calibran mediante un procedimiento automatizado en
el que se utilizan dos soluciones patrón (soluciones tampón) de pH 4,01 y 6,86 a 25ºC.
La calidad en la medida del pH depende fundamentalmente de la preparación y
conservación de las soluciones patrón y del estado del electrodo. Las soluciones patrón
de pH, Pueden prepararse en el laboratorio, aunque normalmente se utilizan soluciones
comerciales. Éstas tienen una caducidad de hasta un año, pero es recomendable no
utilizar una solución patrón dos o tres meses después de abrir la botella.
El electrodo combinado de vidrio consta realmente de dos electrodos, un electrodo
indicador de membrana de vidrio y un electrodo de referencia. El potenciómetro mide la
diferencia de potencial que se crea entre estos dos electrodos, la cual depende del pH. La
vida media de un electrodo de vidrio es de alrededor de un año. La conservación de la
membrana del electrodo es crítica y por esta razón, cuando no se usa, debe estar siempre
sumergida en una solución. Ref.(http://www.enologo.com/tecnicos/eno41/eno41_3.html)
ANEXO 2
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Nelson, D.L.; M.M. Cox; 2007.Lehninger Principles of Biochemistry. 4a ed.
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