UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER FACULTAD DE CIENCIAS-ESCUELA DE QUÍMICA LABORATORIO DE BIOQUÍMICA PRIMER SEMESTRE DE 2018
Titulación de aminoácidos y punto isoeléctrico Maria Andrea Gamboa Suarez†. Katerin Liliana Nuñez P iñerez†* Escuela de Química, Facultad de ciencias, Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga, Colombia. E-mail: †
[email protected] †*
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Resumen: Los aminoácidos son la base de las proteínas y entre todos los existente solo 20 están presentes en ellas. La estructura general de un aminoácido se caracteriza por tener un grupo amino, un grupo carboxilo, un hidrogeno y un grupo R, todos unidos a un carbono llamado . Debido a la presencia de estos grupos los aminoácidos pueden comportarse como ácidos o como bases por lo cual es posible obtener una curva de titulación de la misma manera como se obtiene para un ácido diprótico o multiprótico. En la correspondiente practica de d e laboratorio labo ratorio se comprobó el carácter anfotérico de d e la alanina y por medio me dio de la adición de NaOH se obtuvo una curva de titulación por medio de la cual se determinaron los valores de pK de los grupos ionizables de la alanina siendo tales y además se halló el punto isoeléctrico obtenido un valor de tal
Palabras clave: Aminoácido, titulación, alanina, punto isoeléctrico. 1. INTRODUCCIÓN. Los aminoácidos son las unidades monoméricas de las proteínas comparten una misma estructura general un grupo amino, un grupo carboxilo unidos a un mismo átomo de carbono, lo que diferencia un aminoácido de otro son los grupos de las cadenas laterales también llamados grupos R que pueden clasificarse según: la existencia de algún grupo como ácidos o básico o por la polaridad1. Un ejemplo de aminoácido apolar sin carga es la alanina la cual posee un grupo metilo CH - como cadena lateral, en la figura 12 se puede observar la estructura de la alanina, este aminoácido se encuentra presente en las proteínas de la carne de vacuno, cerdo, pescado, huevos y productos lácteos.
Figura N° 1. Estructura de la alanina (Ala) Al titular un aminoácido, la curva de titulación que se obtiene representa la reacción de cada grupo
funcional con el ion hidrogeno. Cuando la alanina se encuentra en un ambiente ácidos es decir a bajo pH su grupo carboxilo c arboxilo se encuentra encue ntra protonado y por lo cual sin carga, pero su grupo amino se encuentra protonado y cargado positivamente, a estas condiciones de pH se dice que la alanina tiene carga neta de +1. A medida que se adiciona una base (OH-) el pH sube y el grupo carboxilo pierde su protón, obteniendo una carga negativa, por eso a estas condiciones la alanina tiene una carga neta de cero; y así mismo cuando se adiciona más base se logra elevar bastante el pH y esto conlleva a la perdida del protón del grupo amino con lo cual pierde su carga positiva y al quedar este neutro confiere al aminoácido carga neta de -1. -1. La curva de titulación de la alanina es la misma que se un acido diprotico1. Los grupos titulables de la alanina y todos los aminoácidos tienen valores de pK a característicos según su naturaleza química y esto conlleva entonces a que tengan diferentes cargas a diferentes valores de pH. Debido a que estos grupos son ácidos débiles se puede obtener la fracción de cada uno de estos grupos que se encuentra ionizada en cierto pH, por medio de la ecuación de HendersonHasselbalch como se presenta a continuación:
=
[−]
(1)
[] En donde HA es el donador de protones y − el aceptor de protones. El punto isoeléctrico es el pH al cual una molécula anfoterica tiene carga neta cero, a los aminoácidos se les conoce como Zwitterión y se calcula como se muestra en la ecuación 1: pKa + pK a pI = (2) 2 Es decir, la media de los pKas de las etapas que forman y descomponen el zwitterión.
2. METODOLOGÍA Se tomaron 5 mL de solución acudosa 0,1M de alanina con ayuda de una micropipeta y se trasfirieron a un vaso de precipitados de 50 mL
Se realizo el montaje para la titulación, se calibro el pH metro y se tomó el pH inicial de la alanina
A continuación se agregaron 2 gotas de HCl concentrado con el objetivo de bajar considerablemente el pH hasta aproximadamente 1
A partir de allí se empezaron a agregar pequeñas cantidades de NaOH 0,1M al mismo tiempo que se iba registrando el cambio de pH por cada volumen agregado
La cantidad de volumen de NaOH a adicionar fue según los cálculos previos de valores de pKa calculados teniendo en cuenta el area buffer
El pH se elevó hasta aproximadamente 12 en donde cualquier cantidad considerable de NaoH no tenía un cambio significativo
Esquema 1. Titulación alanina .
3. DATOS. Vol NaOH (mL)
meq NaOH
pH
0
0
1,107
0,6
0,06
1,118
0,8
0,06
1,151
0,9
0,09
1,167
1
0,1
1,182
1,2
0,12
1,209
1,4
0,14
1,223
1,6
0,16
1,245
1,8
0,18
1,249
2
0,2
1,249
2,2
0,22
1,265
2,4
0,24
1,267
2,6
0,26
1,287
2,8
0,28
1,305
3
0,3
1,327
3,2
0,32
1,37
3,4
0,34
1,399
3,6
0,36
1,419
3,8
0,38
1,43
4
0,4
1,453
4,2
0,42
1,465
4,4
0,44
1,482
4,6
0,46
1,504
4,8
0,48
1,531
5
0,5
1,55
5,2
0,52
1,567
5,4
0,54
1,591
5,6
0,56
1,614
5,8
0,58
1,625
6
0,6
1,647
6,2
0,62
1,671
6,4
0,64
1,68
6,6
0,66
1,689
6,8
0,68
1,732
7
0,7
1,745
7,2
0,72
1,762
7,4
0,74
1,795
7,6
0,76
1,816
7,8
0,78
1,845
8
0,8
1,87
8,2
0,82
1,887
8,4
0,84
1,921
8,6
0,86
1,943
8,8
0,88
1,962
26,4
2,64
10,12
9
0,9
1,982
26,9
2,69
10,19
9,2
0,92
2
27,5
2,75
10,29
9,4
0,94
2,018
28,2
2,82
10,42
9,6
0,96
2,042
28,8
2,88
10,52
9,8
0,98
2,07
29,4
2,94
10,63
10
1
2,086
30
3
10,73
10,2
1,02
2,114
30,6
3,06
10,83
10,4
1,04
2,134
31,2
3,12
10,93
10,7
1,07
2,172
31,8
3,18
11,02
11,2
1,12
2,226
32,4
3,24
11,09
11,7
1,17
2,28
33,1
3,31
11,17
12,4
1,24
2,362
33,8
3,38
11,24
13,1
1,31
2,418
34,6
3,46
11,3
13,8
1,38
2,506
35,4
3,54
11,35
14,6
1,46
2,624
36,2
3,62
11,39
15,4
1,54
2,766
37,1
3,71
11,43
16,2
1,62
2,962
38
3,8
11,47
17
1,7
3,215
38,9
3,89
11,51
17,6
1,76
3,58
39,9
3,99
11,56
18,3
1,83
6,093
40,9
4,09
11,6
18,5
1,85
7,942
42
4,2
11,64
18,7
1,87
8,3
43,5
4,35
11,68
18,9
1,89
8,453
45,3
4,53
11,72
19,1
1,91
8,586
47,1
4,71
11,76
19,3
1,93
8,711
49,1
4,91
11,78
19,5
1,95
8,792
Tabla 1. Datos de volumen de NaOH y pH para la
19,8
1,98
8,918
alanina.
20,1
2,01
9,018
20,4
2,04
9,113
20,7
2,07
9,166
21
2,1
9,263
21,3
2,13
9,322
21,6
2,16
9,379
21,9
2,19
9,424
22,3
2,23
9,486
22,7
2,27
9,562
23,1
2,31
9,625
23,6
2,36
9,714
24,1
2,41
9,798
24,4
2,44
9,838
24,7
2,47
9,887
25
2,5
9,949
25,4
2,54
9,983
25,9
2,59
10,07
4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN. Para estos valores de pH y volumen de NaOH se obtuvo la siguiente curva de titulación.
Gráfica 1. Curva de titulación para la Alanina.
En esta gráfica se pueden observar 3 propiedades, el pK1, el pK2 y el pI: pK1=2,22 pK2=9,91.
=
2,22 + 9,91 2
%Error:
% =
= 6,07
|6,02 6,07|
∗ 100 = 0,83% 6,02 |2,34 2,22| % 1 = ∗ 100 = 5,13% 2,34 |9,69 9,91| % 2 = ∗ 100 = 2,27% 9,69 El mayor error encontrado está en el primer pK, esto pudo ocurrir ya que la lectura del pH era un poco más difícil al iniciar pues el vaso no contenía suficiente líquido. Por lo demás se logra comprobar el carácter anfotérico del aminoácido, y se logra llegar a la curva de titulación que describe el comportamiento del mismo.
5. CONCLUSIONES.
La técnica de titulación usada fue correcta pues a pesar de no obtener los valores teóricos de pK1, pK2 y pI, se obtuvo un error muy pequeño de los mismos. A pesar del desarrollo sencillo de la práctica, deja conocimientos importantes sobre las curvas de titulación de los aminoácidos que no habían quedado claros en la parte teórica. Se pudo comprobar el carácter anfotérico de la alanina pues sus los grupos que conforman sus estructura presentan propiedades de ácido y base. Ya que en primer lugar aceptaron protones del HCl para bajar su pH y después al agregar NaOH pudieron ceder los protones para realizar la curva.
6. REFERENCIAS 1) Campbell, M. (2016). Bioquímica. New York: Cengage Learning. 2) Nelson, D., Cox, M. and Lehninger, A. Lehninger Principles of biochemistry.
