biol1.pdf

Ć wiczenie 1

AMINOKWASY. BUDOWA I WŁA Ś CIWO Ś CI

Cz ęść do ś wiadczalna obejmuje:

- rozdział aminokwasów metodą chromatografii podziałowej (technika chromatografii bibułowej

wstępującej)

- miareczkowanie alaniny (wyznaczenie wartości pI i wartości pK a grupy karboksylowej i amino-

wej)

- wykonanie reakcji charakterystycznych dla wybranych aminokwasów

WPROWADZENIE

Aminokwasy są kwasami organicznymi zawierającymi woln ą grup ą karboksylow ą oraz woln ą

grup ą aminow ą, połoŜoną przy

-atomie węgla. Poza tymi dwoma grupami, kaŜdy aminokwas ma

charakterystyczny dla siebie ła ń cuch boczny R (Ryc. 1 i 2)

Ryc. 1. Schemat budowy i zróŜnicowanie funkcjonalne aminokwasów (Koolman, Röhm 2005)

Aminokwasy są składnikami budulcowymi peptydów i białek (aminokwasy proteinogenne). Nie-

które aminokwasy wchodzą w skład lipidów , np. seryna występuje w fosfolipidach , a glicyna w

solach Ŝ ółciowych . Glutaminian, asparaginian oraz glicyna odgrywają rolę neuroprzeka ź ników .

Wszystkie aminokwasy, za wyjątkiem tylko lizyny i leucyny, mogą być metabolitami pośrednimi

szlaku glukoneogenezy (aminokwasy glukogenne), tzn. mogą posłuŜyć do biosyntezy glukozy.

Niektóre aminokwasy (asparaginian, glutaminian) są wykorzystywane do syntezy zasad puryno-

wych i pirymidynowych , hemu (glicyna), amin biogennych (np. seryna, glutaminian) (Ryc. 4).

Niektóre aminokwasy są donorami grup aminowych przenoszonych na ketokwasy, a inne funkcjonu-

ją w cyklu mocznikowym (ornityna, cytrulina) (Ryc. 3).

Ryc. 2. Łańcuchy boczne aminokwasów proteinogennych (Koolman, Röhm 2005)

Na ryc. 2 przedstawiono ła ń cuchy boczne dwudziestu aminokwasów budujących białka (amino-

kwasy proteinogenne), które ze względu na budow ę chemiczn ą oraz polarno ść ła ń cuchów bocz-

nych podzielono na siedem klas. Wartości podane na dole po lewej przedstawiają stopień polarności

danego łańcucha bocznego (najmniejszy u Phe, Cys, Met, Ala, a największy u Arg, Lys). Przy łań-

cuchach bocznych zdolnych do jonizacji podane są takŜe warto ś ci pK (czerwone liczby). Szczegól-

ną pozycję wśród aminokwasów zajmuje prolina (Pro). Jej łańcuch boczny wraz z węglem-α i grupą

aminową przy tym węglu tworzą 5-członowy pierścień. Atom azotu w pierścieniu jest słabo zasado-

wy i w warunkach fizjologicznych nie jest uprotonowany. Aminokwasy, które nie mogą być synte-

tyzowane w organizmach ludzkich ( aminokwasy egzogenne ), oznaczone są czerwoną gwiazdką.

Ryc. 3. Aminokwasy rzadkie (Koolman, Röhm 2005)

Ryc. 4. Aminy biogenne pochodne aminokwasów (Koolman, Röhm 2005)

Wła ś ciwo ś ci amfoteryczne aminokwasów . Obecność w aminokwasach grupy karboksylowej i gru-

py aminowej powoduje, Ŝe są one zwi ą zkami amfoterycznymi . W roztworach wodnych występują

głównie w formie jonów. W zaleŜności od pH środowiska jony te mogą mieć charakter kwasowy

bądź zasadowy.

W środowisku kwasowym aminokwas przyłącza proton, staje się kationem i zachowuje jak kwas ,

gdyŜ występujące w cząsteczce grupa karboksylowa –COOH i grupa amoniowa –NH 3 + mog ą by ć

donorami protonów . W środowisku zasadowym aminokwas oddając proton staje się anionem i

dlatego zachowuje si ę jak zasada , poniewaŜ zdysocjowana grupa karboksylowa –COO - i grupa

aminowa –NH 2 mogą przył ą cza ć protony . Jest taka wartość pH roztworu, w której cząsteczki ami-

nokwasów występują w formie jonu obojnaczego , w którym liczba ładunków ujemnych jest równa

liczbie ładunków dodatnich, czyli sumarycznie ładunek równy jest zeru. Taka wartość pH nosi na-

zwę punktu izoelektrycznego (pI) .

Charakter amfoteryczny aminokwasów ujmuje graficznie krzywa miareczkowania roztworów ami-

nokwasów mocnymi kwasami lub zasadami (Ryc. 5). Krzywa przedstawia zaleŜność wartości pH

miareczkowanego roztworu od liczby dodanych moli kwasu lub zasady. ZaleŜność między wartością

pH a stanem dysocjacji opisano równaniem Hendersona-Hasselbalcha, gdzie K a = stała kwasowa, a

pK a = ujemny logarytm stałej kwasowej

Z powyŜszego równania wynika, iŜ w warunkach, gdy formy zdysocjowana i niezdysocjowana są w

stęŜeniach równowagowych, to pK a = pH

Ryc. 5. Krzywa miareczkowania histydyny (Karlson 1987)

Miareczkowanie roztworu aminokwasu połączone z jednoczesnym pomiarem pH roztworu pozwala

na doświadczalne wyznaczenie krzywej dysocjacji aminokwasu, określenie jego warto ś ci pI oraz

wyznaczenie warto ś ci pK a jego grup funkcyjnych.

Rozdział aminokwasów

Jedną z metod rozdziału aminokwasów pozwalającą izolować z mieszaniny pojedyncze amino-

kwasy jest chromatografia podziałowa . Opiera się ona na prawie podziału solutu (substancji roz-

puszczonej) między dwie fazy ciekłe - ruchom ą i stacjonarn ą. Faza stacjonarna utrzymywana jest

przez porowaty nośnik słabo adsorbujący składniki solutu. Porowatym nośnikiem moŜe być bibuła

lub Ŝel ułoŜony w kolumnie chromatograficznej lub wylany na płytkę. Warunkiem decydującym o

rozdziale substancji są ró Ŝ nice w ich rozpuszczalno ś ci w fazie ruchomej i nieruchomej , a więc

róŜnice we współczynnikach podziału między dwie nie mieszające się ze sobą fazy ciekłe. Chro-

matografia podziałowa opiera się więc na prawie Nernsta , które mówi, iŜ w układzie utworzonym

przez dwie nie mieszające się ze sobą fazy ciekłe i wspólny dla nich solut, stosunek stęŜenia tego

solutu w fazie 1 (c1) do jego stęŜenia w fazie 2 (c2) jest w stanie równowagi wielko ś ci ą stał ą, za-

leŜną od temperatury i wła ś ciwo ś ci substancji tworzących roztwory, a niezaleŜną od ilości sub-

stancji rozpuszczonej: c 1 /c 2 = k

Miarą selektywności rozdziału dwóch substancji A i B w danym układzie jest stopie ń rozdziału ,

którego wartość określa wzór: β = K A /K B gdzie K A określa stosunek podziału substancji A, K B -

stosunek podziału substancji B między fazę ruchomą i nieruchomą.

Technika chromatografii bibułowej . W chromatografii bibułowej nośnikiem fazy stacjonarnej,

najczęściej polarnej, jest odpowiednio spreparowana bibuła filtracyjna. Bibuła jest zbudowana z

włókien celulozowych ułoŜonych w porowatą, Ŝelową strukturę stanowiącą faz ę nieruchom ą. Czą-

steczki wody zaadsorbowane na bibule łączą się z włóknami celulozy wiązaniami wodorowymi.

Faz ę ruchom ą w chromatografii bibułowej stanowią odpowiednie rozpuszczalniki organiczne poje-

dyncze lub zmieszane. Rozpuszczalniki muszą się częściowo mieszać z wodą np. szeroko rozpo-

wszechnionym układem jest mieszanina n -butanolu/kwasu octowego/wody w zmiennych propor-

cjach.

Szybkość wędrowania danego związku w określonych warunkach jest wartością stałą. Jej miarą

jest wartość R f : R f = x/y, gdzie x - odległość od linii startowej do środka plamy aminokwasu, a y -

odległość od linii startowej do czoła rozpuszczalnika. W tabeli I podane są wartości R f dla większo-

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: