Lenindzher Основы биохимии т.1 (1128695), страница 31
Текст из файла (страница 31)
Напомним (гл. 4). что этой срелней точке соответствует значение рН, численно равное величине рК' титруемой группы. В данном случае средней точке кривой на первой сталин титрования соответствует рН 2,34; следовательно, величина рК' карбоксильной ~руины аланина равна 2,34. Продолжая титрование палыче, мы достигнем другой важной точки, отве. чающей рН 6,02,. точки перегиба кривой. Именно в этот момент заканчивается стадия отщепления первого протона и начинается стадия отщеплення второго протона. ! 1ри этом значении рН алании находится преимущественно в форме биполярного иона Ъ1Н, -СНК -СОО . Чуть позже мы еще вернемся к вопросу ЧАСТЬ !.
БИОМОЛЕКУЛЫ 120 14 12 1О рН 2 1,0 1,5 Число эквивалентов о значении этой точки на кривой титровання. На второй стадии титрования происходит отшепление протона от +1ЧНз-группы аланина. Средняя ~очка этого участка кривой титрования соответствует эквимоляриым концентрациям ионов + 1ЧНз — СНК вЂ” СОО и ННз — СНВ.— СОО .ЗначениерН в этой точке равно 9,б9, такое же значение имеет и рК' +1ь1Нз-группы вланина. Титрование завершается приблизительно при рН 12, когда алании находится преимущественно в форме полностью депротонированных ионов ХНз — СНй- СОО .
Из кривой титрования алаиина мы можем извлечь рял ценных сведений. Прежде всего она дает нам количественную информацию о величинах рК' каждой из двух ионизируемых групп: карбоксильная группа имеет рК' 2,34, а замешенная аммонийная группа — рК' 9,69. Отметим добавлшшой 0,1 1г! Чл 011 Рис. 5-!в. Кривя» тнтровяиик В ! М еленине.
Ионные формы, преоблвлвюгоие прв различных зивчениях рп. заключены в прямоугольные рвм- ки. Буквой Кабознвченвметильнвягруппв еле- нина. Полотне участки кривой титраввния по абе стороны ог точек, ооответствутоглих веяичн- нвм рк; 2,3Е и РА'з = 9,69, прелстввляют со- бой зоны, тле алаи ин облллвет буферной ем- костью. что степень диссоциации карбокснльной группы вланина более чем в 100 раз выше степени диссоциации карбокснльной группы уксусной кислоты, величина рК' которой равна 4,7б. Столь сильное различие кажется на первый взгляд непонятным, поскольку величины рК' других простых монокарбоновых кислот„таких, как муравьиная или пропионовая кислота, мало отличаются от величины рК' уксусной кислоты (см. табл.
4-41 Повыптенная способность карбокснльной группы алаиина к ионизации обусловлена элек- 12! ГЛ. 5. АМИНОКИСЛОТЫ И ПЕПТИДЫ о-Аминокислота Н Р вЂ” С вЂ” СОО ь Н' н !  — С вЂ” СООН = ! Н,Н н,ы [1оложительные заряды отталкивают друг друга Уксусння киелота тростатическим отталкиванием ее протона от находящейся поблизости положительно заряженной 'ННз-группы, связанной, как и СООН-группа, с атомом а-углерода (рис. 5-11). По этой причине ионизационное равновесие карбоксильной группы аланина сильно смещено вправо. При ионизации --СООН-группы уксусной кислоты никакие силы отталкивания не действуют (рис. 5-11). СН, — СООН = СНз — СОО ° Н ~l Протююположные зарялы притягивают друг друга Из кривой титрования аланнна (рис.
5-10) мы можем узнать еше об олпом важном факте: эта аминокислота проявляет буферные свойства в двух областях рН (см. рнс. 4-10). Одна из них определяется сравнительно плоским участком кривой по абе стороны от точки, соответствующей рК' 2,34, откуда следует, что алании должен быть хорошим буфером вблизи рН 2,34. Другая буферная зона расположена между значениями рН 8,7 и 10,7. Отметим также, что при значении рН около 7,4, характерном для межклеточной жидкости и крови, алании является плохим буфером.
Используя уравнение Хеидерсона— Хассельбаха (гл. 4й мы можем рассчитать, в каком соотношении нужно взять протондонорные и протонакцепторные формы аланинв, чтобы приготовить буфер с заданным значением рН, находящимся в пределах буферных зон аланина. Это уравнение позволяет решать также и другие задачи, связанные с буферными свойствами аминокислот. 5.14. По кривой тнтроваиия можно предсказать, какой электрический заряд несет данная аминокислота Из кривых титровання аминокислот следует также, что между рН раствора и суммарным электрическим зарядам аминокислоты существует определенное соотношение.
При рН 6,02, соответ- Рис. 5-) ). Аминогруппки и-кминокислоткз по. еыюяет способность кербоксильной группы к иониззнии всЛедствие взаимного оттелкике- ния положительно зкряженной Ннз-группы и положительно зеряженноп) ионе Н (обе группы еылелен ы красным пестом). Блегодере такому отталкиванию ккрбоксильнея группе е о-еминокислоткк имеет белее высокую степень ионизеиии, чем кербоксильикк группе уксусной кислоты, ствующем точке перегиба кривой титрования, где одна стадия титрования переходит в другую, алании находится в форме биполярного иона (цвиттериона), который полностью ионизнронан, но не имеет суммарного электрического заряда (см.
рис. 5-10). При этом значении рН молекула аланина электрически нейтральна и не смещается в электрическом поле. Зго характеристическое значение рН называется изаэлекзнрической ночкой (рН) или р1). Изоэлектрическая точка представляет собой среднее арифметическое двух величин рК') рн,= — (рк; + рк;); 1 2 отсюда изозлектрическая точка аланина равна рН) = —.(2,34 + 9,69) = 6,02. ! 2 При любом значении рН, превышающем изоэлектрическую точку, алании имеет чксть !. БНОмОлекулы суммарный отрицательный заряд и движется в электрическом поле в сторону положительного электрода (анода).
При любом значении рН ниже изоэлектричег ской точки алании несет суммарный положительный заряд, как видно из рис. 5-10. и движется в электрическом поле в сторону отрицательного электрода (кавюда). Чем дальше от изоэлектрической точки находится рН раствора аланина. тем болыце суммарный электрический заряд, который несут молекулы аланина. Например, при рН 1.0 все молекулы аланина существуют в форме ионов 'ХН,- — СНК--СООН с суммарным положительным зарядом 1,0. При рН 2,34, ко! да мы имеем дело со смесью равных количеств ионов ' )ЧНз . СНК..СООН н г)ЧНз -.СНК- СОО, средний, или суммарный.
положительный заряд равен 0,5. Аналогичным образом можно предсказать знак и величину суммарного заряда для любой другой аминокислоты при любом значении рН. Эта информация. как мы вскоре увидим. имеет важное практическое значение, так как из нее следует, что смесь аминокислот можно разделить, подвергнув ее воздействию электрического поля при определенном значении рН: в тгих условиях различные аминокислоты движутся в разных направлениях и с разными относительными скоростями. 5.15.
Аминокислоты различвютси но своим кислотно основным свойствам Мы довольно подробно проанализировали кривую титрования аланнна, изображенную на рис. 5-10. А как ведут себе другие 19 аминокислот? К счастью, есть возможность сделать некоторые упропшюшие обобщения, касающиеся кислотно-основных свойств аминокислот различных классов. Все аминокислоты, содержащие одну а-амггногруппу. одну карбоксильную группу и одну ненонизируемую К-группу, дают кривые титровгагия, сходные с кривой гитрования аланина.
Вся эта группа аминокислот (см. табл. 5-3) характеризуется очень близкими, но не одинаковы- ми значениями рК;, лежащими в интервале от 2,0 до 3,0 и рКг, лежащими в интервале от 9,0 до 10,0, о чем свидетельствуют цифры, приведенные для некоторых из этих аминокислот в табл. 5-4. Таким образом, все аминокислоты этой ~руины ведут себя подобно вланину и дают кривые титрования такого же типа, как на рис. 5-10. Таблица 5-4. Величины рК' ионнзнруемых групп непгггорых аминокислот при 25'С Ампнаннгпагн 2,34 9,6 2,34 9,69 2,36 9,60 2,21 9,15 2,63 10,43 2,17 9,13 2,09 9,82 3,86 2,19 9,67 4,25 1,82 1,7! 2,20 2,18 2,17 9,17 6,0 10,78 8,33 9,11 10,07 8,95 10,53 9,04 12,48 Аминокислоты с ионизируемой К- группой (см.
табл. 5-3) имеют более сложные кривые титрования, складывающиеся из трех участков, соответствующих трем возможным стадиям ионизации: следовательно, они именут три значения рК'. Стадия, соответствующая титрованию ионизируемой К-группы, в какой-то степени сливается с двумя остальными. На рис. 5-12 показаны кривые титрования двух представителей этой группы — глутаминовай кислоты и ггггтидина.
Изоэлектрические точки аминокислот этого класса определяются типом присутствующей в ннх ионизируемой К-группы. Например, глутаминовая кислота, содержащая две карбоксильные группы н одну аминогруппу, имеет изоэлелтрическую точку 3,22 (среднее между двумя величинами рК' для двух карбок- Глицин Алании Лейцин Серии Треонвы 1 лугамин Аспарагиновая кислота Глугпмнновпя кислота Гнет ипнн Цветени Тирозгп! Лвэип Ар!инин рк; рк; рк СООН. НН а-группы 125 гл. 5. аминокислоты и плптиды 12 12 ю ю рН б РН6 ),о г.о Эквиваленты ОН— 5,0 Эквиваленты ОН Рис.
за 2. Кривые титрованна глутаыиново» «ислоты и гистилина. Величина рк' я-груноы обозначена я ыг рк „'. сильных групп), т.е. намного ниже, чем у аланина. Аналогичным образом изозлектрическая точка у лизина, солержащего две аминогруппы, равна 9,74, что гораздо выше, чем у аланина. Другое важное обобщение, касающееся кислотно-основных свойств 20 стандартных аминокислот, состоит в следующем. Практически только одна аминокислота, гасвгидин, обладает значительными буферными свойствами при значениях рН, близких к рН межклеточной жидкости и крови.
Как можно видеть из табл. 5-4 и рис. 5-12, й-г.рупца гистидина имеет рК' 6,0, что придает ей значительную буферную емкость при рН 7. Все остальные аминокислоты имеют величины рК' слишком далекие ог рН 7, чтобы их растворы можно было использовать в качестве эффективных буферов при этом значении рН. Содержащийся в эритроцитах белок гемоглобин, выполняющий функцию переносчика кислорода, характеризуется очень высоким содержанием остатков гистидина. Это придает ему значительную буферную емкость при рН около 7, что весьма важно для той роли„ которую играют эритроциты в переносе кровью кислорода и углекислого газа 1гл.
25). 5.16. Кислотно-осибвнь5е свойства аминокислот служат основой дли аминокислотиого анализа Как мы увидим в гл. б, первым шагом на пути установления структуры данного белка является его гидролитическое расщепление на составляющие аминокислоты. После этого необходимо опрелелить, какое количес~во аминокислот каждого типа содержится в этом белке. Казалось бы, должно потребоваться много труда и терпения для того, чтобы разделить образовавшуюся после гидро- лиза смесь аминокислот, идентифицировать их и количественно определить содержание каждой из 20 аминокислот. Однако в настоящее время разработаны очень эффективные и чувствительные методы, позволяющие решать такие задачи достаточно быстро. К подобным методам относятся, в частности, элеюлрафарез и ианаабменнал хралгатаграфил.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
