4.2. Az aminosavak disszociációs állapotai

Ha pusztán az egyes atomok összekapcsolódásait nézzük, akkor az aminosavak felírhatók úgy is, hogy aminocsoportjuk illetve karboxilcsoportjuk nem hordoz töltéseket. Vizes közegben azonban nem ez jellemző az aminosavakra. Az említett két csoport semleges kémhatású közegben töltéssel rendelkezik, ionos állapotban van. A karboxilcsoport gyenge savként proton ad le, és karboxilát anion formában van jelen. Az aminocsoport ezzel szemben a vízből protont vesz fel, a protonált amin pozitív töltésű ionként van jelen.

Az aminosavak a két említett csoportjuk miatt tehát két ellentétes töltést mindenképpen hordoznak, így vizes közegben ikerionos (zwitterion) állapotban vannak jelen (lásd 4.11. ábra). Egyes aminosavak esetében természetesen ezen felül az oldallánc is hordozhat töltést.

4.11. ábra: Az aminosavak vizes oldatban ikerionos állapotban vannak jelen.

4.11. ábra: Az aminosavak vizes oldatban ikerionos állapotban vannak jelen.

4.2.1. Disszociábilis csoportot nem tartalmazó oldalláncú aminosavak izoelektromos pontja

Egy molekula izoelektromos pontja (IEP) az a pH érték, amelyen a molekulának nincs eredő (nettó) töltése. Azok az aminosavak, amelyek oldallánca nem tartalmaz disszociációra képes csoportot, diprotikusak, tehát két disszociációra képes protont tudnak hordozni. Egyiket az amino, másikat a karboxil csoportjukon. Ezeknek az aminosavaknak a titrálási görbéje emiatt olyan, mint két független monoprotikus sav közös oldatáé.

Példaként nézzük meg a glicin titrálási görbéjét (lásd 4.12. ábra):

A titrálási görbe meghatározásakor egy maximálisan protonált +1 töltésű állapotból indulunk, és ehhez adagolunk nátriumhidroxidot. A titrálás végére – 1 töltésű formához jutunk.

A +0,5 töltéshez tartozó pH megadja a karboxilcsoport pKa értékét, míg a -0,5 töltéshez tartozó pH megadja a protonált aminocsoport pKa értékét.

A diprotikus aminosavak izoelektromos pontja az amino és karboxil csoportok pKa értékeiből könnyen számolható, ugyanis az IEP ezen értékek egyszerű számtani közepe.

4.12. ábra: A glicin titrálási görbéje

4.12. ábra: A glicin titrálási görbéje

4.2.2. Disszociábilis csoportot tartalmazó oldalláncú aminosavak izoelektromos pontja

Azoknál az aminosavaknál, amelyek oldallánca hordozhat disszociációra képes protont, a titrálási görbe összetettebb, mivel három proton disszociációjára is sor kerül. Ezeknél az aminosavaknál az izoelektromos pont azoknak a pKa értékeknek az összege, amelyek a titrálási görbén a semleges töltésű állapotot „szegélyezik” (lásd 4.13. ábra).

Erre két példát is bemutatunk. Az egyik egy sav, a glutaminsav esete.

Látható, hogy itt az izoelektromos pont az α karboxil csoport és az oldallánc karboxil csoport pKa értékeinek az átlaga: IEPGlu = ½ (pK1 + pKR) = 3,22.

A másik példa egy bázis, a hisztidin esetében mutatja be az IEP kiszámítás módját (lásd 4.14. ábra).

Míg a glutaminsav esetében a titrálás során +1 töltésű állapotból -2 töltésű állapotig jutottunk el, a hisztidin esetében a teljesen protonált állapot +2 töltésű, és a titrálás végén -1 töltésű formához jutunk.

Ebben az esetben az oldallánc pKa értékének és az α aminocsoport pKa értékének az átlaga adja meg az IEP értékét: IEPHis = ½ (pKR + pK2) = 7,59

4.13. ábra: A glutaminsav titrálási görbéje

4.13. ábra: A glutaminsav titrálási görbéje

4.14. ábra: A hisztidin titrálási görbéje

4.14. ábra: A hisztidin titrálási görbéje

A fenti két ábrából az is látszik, hogy az α-karboxil és -aminocsoportok pKa értékei nem függetlenek az aminosav oldalláncától.