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PKa# - Biologie

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NSein ist definiert als der negative Log10 der Dissoziationskonstante einer Säure, ihr Kein. Daher ist der pKein ist ein quantitatives Maß dafür, wie leicht oder wie bereitwillig die Säure ihr Proton [H+] in Lösung und damit ein Maß für die "Stärke" der Säure. Starke Säuren haben einen kleinen pKa, schwache Säuren haben einen größeren pKa.

Die häufigste Säure, über die wir in Bis2A sprechen werden, ist die funktionelle Carbonsäuregruppe. Diese Säuren sind typischerweise schwache Säuren, was bedeutet, dass sie nur teilweise dissoziieren (in H+ Kationen und RCOO- Anionen) in neutraler Lösung. HCL (Chlorwasserstoff) ist eine übliche starke Säure, was bedeutet, dass sie vollständig in H . dissoziiert+ und Cl-.

Beachten Sie, dass der Hauptunterschied in der Abbildung unten zwischen einer starken Säure oder Base und einer schwachen Säure oder Base der Einzelpfeil (stark) gegenüber einem Doppelpfeil (schwach) ist. Im Fall des einzelnen Pfeils können Sie dies interpretieren, indem Sie sich vorstellen, dass fast alle Edukte in Produkte umgewandelt wurden. Darüber hinaus ist es für die Reaktion schwierig, rückwärts in einen Zustand zurückzukehren, in dem die Protonen wieder mit dem Molekül assoziiert sind, mit dem sie zuvor assoziiert waren. Im Fall einer schwachen Säure oder Base kann der doppelseitige Pfeil interpretiert werden, indem man sich eine Reaktion vorstellt, die:

(a) haben beide Formen von konjugierte Säure oder Base (so nennen wir das Molekül, das das Proton "hält" - also CH3OOH und CH3OO-, bzw. in der Abbildung) gleichzeitig vorhanden und
(b) dass sich das Verhältnis dieser beiden Größen leicht ändern kann, indem man die Reaktion in eine beliebige Richtung bewegt.

Ein Beispiel für starke Säuren und starke Basen in ihren Protonierungs- und Deprotonierungszuständen. Der Wert ihres pKa ist auf der linken Seite gezeigt.
Namensnennung: Marc T. Facciotti (eigene Arbeit)

Die Elektronegativität spielt eine Rolle bei der Stärke einer Säure. Wenn wir die Hydroxylgruppe als Beispiel betrachten, führt die größere Elektronegativität des Atoms oder der Atome (bezeichnet mit R), die an die Hydroxylgruppe in der Säure R-O-H gebunden sind, zu einer schwächeren H-O-Bindung, die daher leichter ionisiert wird. Dies bedeutet, dass die Anziehung der Elektronen vom Wasserstoffatom größer wird, wenn das an das Wasserstoffatom gebundene Sauerstoffatom auch an ein anderes elektronegatives Atom gebunden ist. Ein Beispiel dafür ist HOCL. Das elektronegative Cl polarisiert die H-O-Bindung, schwächt sie und erleichtert die Ionisierung des Wasserstoffs. Wenn wir dies mit einer schwachen Säure vergleichen, bei der der Sauerstoff an ein Kohlenstoffatom gebunden ist (wie bei Carbonsäuren), ist der Sauerstoff an das Wasserstoff- und Kohlenstoffatom gebunden. In diesem Fall ist der Sauerstoff nicht an ein anderes elektronegatives Atom gebunden. Dadurch wird die H-O-Bindung nicht weiter destabilisiert und die Säure wird als schwache Säure angesehen (sie gibt das Proton nicht so leicht ab wie eine starke Säure).

Die Stärke der Säure kann durch die Elektronegativität des Atoms bestimmt werden, an das der Sauerstoff gebunden ist. Zum Beispiel die schwache Säure Essigsäure, der Sauerstoff ist an Kohlenstoff gebunden, ein Atom mit geringer Elektronegativität. In der starken Säure, der Hypochlorigen Säure, ist das Sauerstoffatom an ein noch elektronegativeres Chloridatom gebunden.
Namensnennung: Erin Easlon (eigene Arbeit)

In Bis2A werden Sie aufgefordert, pH und pKa miteinander in Beziehung zu setzen, wenn Sie den Protonierungszustand einer Säure oder Base diskutieren, zum Beispiel in Aminosäuren. Wie können wir die Informationen in diesem Modul verwenden, um die Frage zu beantworten: Werden die funktionellen Gruppen der Aminosäure Glutamat bei pH 2, bei pH 8, bei pH 11 protoniert oder deprotoniert?

Um diese Frage zu beantworten, müssen wir eine Beziehung zwischen pH und pKa herstellen. Die Beziehung zwischen pKa und pH wird mathematisch durch die unten gezeigte Henderson-Hasselbach-Gleichung dargestellt, wobei [A-] die deprotonierte Form der Säure darstellt und [HA] die protonierte Form der Säure darstellt.

Die Henderson-Hasselbach-Gleichung.

Eine Lösung dieser Gleichung erhält man durch Einstellen von pH = pKa. In diesem Fall ist log([A-] / [HA]) = 0 und [A-] / [HA] = 1. Dies bedeutet, dass bei einem pH-Wert gleich dem pKa gleiche Mengen an protonierten und deprotonierten Formen vorliegen der Säure. Wenn beispielsweise der pKa der Säure 4,75 beträgt, liegt diese Säure bei einem pH von 4,75 zu 50 % protoniert und zu 50 % deprotoniert vor. Dies bedeutet auch, dass mit steigendem pH-Wert mehr Säure in den deprotonierten Zustand überführt wird und irgendwann der pH-Wert so hoch ist, dass der Großteil der Säure im deprotonierten Zustand vorliegt.

Dieses Diagramm zeigt den Protonierungszustand von Essigsäure bei pH-Änderung. Bei einem pH-Wert unterhalb des pKa wird die Säure protoniert. Bei einem pH über dem pKa wird die Säure deprotoniert. Wenn der pH-Wert dem pKa entspricht, ist die Säure zu 50 % protoniert und zu 50 % deprotoniert.
Namensnennung: Ivy Jose (eigene Arbeit)

In Bis2A betrachten wir den Protonierungszustand und den Deprotonierungszustand von Aminosäuren. Aminosäuren enthalten mehrere funktionelle Gruppen, die Säuren oder Basen sein können. Daher kann ihr Protonierungs-/Deprotonierungsstatus komplizierter sein. Unten ist die Beziehung zwischen pH und pKa der Aminosäure Glutaminsäure. In dieser Grafik können wir die zuvor gestellte Frage stellen: Werden die funktionellen Gruppen der Aminosäure Glutamat bei pH 2, bei pH 8, bei pH 11 protoniert oder deprotoniert?

Dieses Diagramm zeigt den Protonierungszustand von Glutamat, wenn sich der pH-Wert ändert. Bei einem pH unter dem pKa für jede funktionelle Gruppe an der Aminosäure wird die funktionelle Gruppe protoniert. Bei einem pH über dem pKa für die funktionelle Gruppe wird sie deprotoniert. Wenn der pH gleich dem pKa ist, ist die funktionelle Gruppe zu 50 % protoniert und zu 50 % deprotoniert.
Namensnennung: Ivy Jose (eigene Arbeit)

Hinweis: Mögliche Diskussion

  1. Wie hoch ist die Gesamtladung an freiem Glutamat bei einem pH-Wert von 5?
  2. Wie hoch ist die Gesamtladung an freiem Glutamat bei einem pH-Wert von 10?


Schau das Video: Protein Kinase A, Part 4; Structure of PKA and its activation by cAMP (August 2022).