1 Curvas de Titulación de Aminoácidos
Curvas de Titulación de Aminoácidos Guadalupe A. Abreu Hernández.
Objetivos. a) Determinar el comportamiento de un ácido fuerte y uno débil al titularse con una base fuerte. b) Comprobar el carácter anfotérico de los aminoácidos. c) Comprobar la estructura de ion dipolar de los aminoácidos.
de pH. La relación cuantitativa entre pH, la acción tamponante de una mezcla de ácido débil con su base conjugada, y el pK adel ácido débil viene dada por la ecuación de Henderson-Hasselbach, que se anuncia a continuación continuación en su forma más general:
INTRODUCCIÓN. Los ácidos clorhídrico, sulfúrico y nítrico, (ácidos fuertes), están completamente ionizados en soluciones acuosas diluidas; al igual que las bases fuertes NaOH y KOH. Los bioquímicos bioquímicos están frecuentemente frecuentemente más interesados en el comportamiento de los ácidos y bases débiles, que son los que están parcialmente ionizados al disolverse en el agua. Un dador protónico y su correspondiente aceptor forman un par ácido-base conjugados. Cada ácido tiene una tendencia característica a perder su protón en solución acuosa. Cuanto más fuerte sea el ácido mayor será la tendencia a perder el protón. La tendencia de cualquier ácido (HA) a perder un protón y formar su base conjugada (A-) se define mediante una constante de equilibrio (K) para la reacción reversible:
Las constantes de disociación de los ácidos (constantes de equilibrio) son a menudo designadas como K a. Los ácidos más fuertes como el fórmico y el láctico, tienen constantes de disociación más altas; el pK a es análogo al pH y se define mediante las ecuaciones: 1
pH = -log [H +] ; pK a = log Ka = -log K a La titulación se utiliza para determinar la cantidad de un ácido en una solución, se titula un volumen determinado de ácido con una solución de una base fuerte, normalmente NaOH, de concentración conocida. El NaOH se añade en pequeñas porciones hasta que se ha consumido (neutralizado) el ácido según se determina mediante un colorante indicador o un pHmetro. Al graficar el pH frente a la cantidad de NaOH añadido, obtenemos la curva de titulación. En el punto medio de la titulación las concentraciones del dador de protones y del aceptor de protones son son iguales, en en este punto el pH es numéricamente numéricamente igual al pK a. El rasgo más importante de la curva de titulación de un ácido débil es que muestra gráficamente que un ácido débil y su anión, un par ácido-base conjugados, pueden actuar como tampones, es decir, presentar una buena capacidad amortiguadora de cambios
La estructura general de los aminoácidos presentes en las proteínas, es la siguiente: siguiente:
Con excepción de la naturaleza del grupo R, esta estructura es común a todos los aminoácidos, y el más sencillo de éstos es la glicina:
Los aminoácidos en solución acuosa están ionizados y pueden actuar como ácidos o como bases. El conocimiento de las propiedades ácido-base de los aminoácidos es muy importante para comprender las propiedades físicas y biológicas de las proteínas. Además las tecnologías de separación, identificación identificación y cuantificación de los diferentes aminoácidos se basan en estas propiedades. La estructura que se muestra anteriormente de la glicina, es su forma no iónica, pero a pH neutro predomina su estructura zwitteriónica, que es la siguiente:
Los aminoácidos tienen curvas de titulación características. características.
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RESULTADOS
pK a Glicina: 2.25, pK bGlicina: 9.71; pK a Glicina(Reportado en la literatura):2.34, pK bGlicina (Literatura):9.6. pK CH 3COOH: 4.6; pK CH 3COOH (Literatura):4.76. pI: 5.98; pI (Literatura): 5.97. ANÁLISIS DE RESULTADOS Al graficar los datos de pH obtenidos experimentalmente, construimos la curva de titulación del HCL y del CH3COOH, el primero un ácido fuerte y el segundo uno débil, (Ver grafica 1 anexa) ambos titulados con una base fuerte (NaOH) y lo que observamos es que en el HCl el valor de pH se mantiene casi constante hasta llegar a la mitad de la titulación, donde sube bruscamente hacia su pH neutro. En el caso del CH 3COOH al ser titulado con NaOH observamos en nuestra curva de titulación cambios bruscos al inicio y al final de la valoración, mientras que en la parte media el pH casi no varía, entonces decimos que esta zona presenta una buena capacidad amortiguadora ante cambios de pH, o es un tampón. Sabemos que el HCl es un ácido fuerte, mientras que el CH 3COOH es un ácido débil, el que sea un ácido fuerte nos indica que se disocia totalmente, pero un ácido débil sólo se disocia parcialmente, para calcular cuantitativamente la proporción en que lo hace, nos ayuda la constante de disociación o K d. La cual se expresa como el cociente de productos sobre reactivos, en el caso del CH 3COOH, el cual empleamos:
Ahora bien, a la mitad de nuestra titulación, la cantidad de ácido acético y su sal conjugada con la que contamos, es la misma, a este punto lo llamamos punto de equivalencia, usando la ecuación de Henderson-Hasselbach:
Obtenemos: pH = pK; Por lo que decimos que el pK es el pH cuando la concentración de ácido y su base conjugada son las mismas, interpolando en la grafica, el punto de equivalencia, obtuvimos un pK de 4.6. Y utilizando la fórmula: pK = -log Kd. Kd = 10 -4.6 Kd = 2.511 x 10 -5 Este fue el valor de constante de disociación del ácido acético que obtuvimos experimentalmente.
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En la Grafica 2, se observan las titulaciones de la Glicina, con HCl y NaOH, en las cuales las curvas que obtuvimos están invertidas una respecto a la otra, con esto comprobamos el carácter anfotérico de los aminoácidos pues nos indica que el grupo amino en estado ionizado ( NH3+) se comporta como ácido y el carboxilo en estado ionizado se comporta como base. Además al agregar formol neutro (CH 2O) a la glicina la curva de titulación con HCl no varía apreciablemente, mientras que en la curva de titulación con NaOH sí se observa un gran cambio, esto porque al titular con una base fuerte, el grupo amino pasa de ser una amina secundaria a una terciaria (se vuelve más ácido) El pH al cual la glicina se encuentran en su forma zwitteriónica, es conocido como punto isoeléctrico pI, el cual se calcula mediante la ecuación:
pH = pKa + log [HCO 3-] [H2CO3] 7.4-6.4 = log [HCO 3-] [H2CO3] [HCO3-] [H2CO3]
101 10
Por lo que en este sistema, la concentración de sal conjugada debe ser 10 veces mayor a la del ácido, esto nos indica que hay una mayor capacidad de regular sustancias ácidas en nuestra sangre. 2.
Investigar la estructura del ácido glutámico, sus estructuras ionizables, valores de pK para cada una, su curva de titulación y su curva de titulación con formol.
Y nuestro valor de punto isoeléctrico obtenido experimentalmente fue: pI = 2.25 + 9.7 2 pI= 5.98 *El pKa lo obtuvimos al interpolar en la grafica el pH a la mitad de la titulación de la glicina con HCl y el pKb al interpolar el pH a la mitad de la titulación con NaOH. CONCLUSIONES Esta práctica, aunque su desarrollo fue sencillo, nos deja conocimientos amplios, sobre todo las curvas de titulación, que son herramientas muy poderosas, ya que a través de éstas pudimos determinar, por ejemplo, el pKa, el pKb, y por medio de éstos, el punto isoeléctrico de un aminoácido. El conocer el comportamiento ácido-base de los aminoácidos es de vital importancia, por ejemplo, para su separación.
Tabla 2. Valores de pK para las estructuras ionizables del cido Glutamico.
Además esta práctica nos ayuda a entender las propiedades de los aminoácidos, como su elevado punto de fusión, que podemos atribuir a su estructura de ión dipolar.
Aminoácido
pK1 (-COOH)
CUESTIONARIO
Ác. glutámico
2.19
1.
Investigar cuáles son los principales pares ácido base conjugados que se encargan de regular el pH en el plasma sanguíneo. Investigar su pK.
El sistema tampón del bicarbonato (H 2CO3 - HCO3-) es el principal regulador del plasma sanguíneo. pH H2CO3= 3.8; pH HCO 3- = 10.2; pKa= 6.4, pK H2CO3=3.8; pK HCO 3- = 10.2
pK 2 (-NH3+) 9.67
BIBLIOGRAFÍA Lehninger, Albert., Nelson, David L., Cox, Michael M., (1993) “Principios de Bioquímica ”. Segunda Edición, Ediciones Omega, Barcelona, España
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pK3 (R) 4.25
