CURVAS DE TITULACIÓN DE AMINOÁCIDOS

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INFORME No. 4
Laura moreno / Dagler blanco / Juan cotrino
CURVAS DE TITULACIÓN DE AMINOÁCIDOS. DETERMINACIÓN DE VALORES DE pK
y pI
1. OBJETIVO
Titular con NaOH y con HCl diversos aminoácidos (glicina, ácido aspártico, arginina, etc), a
fin de determinar el número de funciones ionizables, y el valor de pI, pKa y el pKb de cada
función.
2. MARCO TEÓRICO
Aminoácido: Como su nombre lo implica, los aminoácidos son moléculas orgánicas que
contienen un grupo amino (NH2) en uno de los extremos de la molécula y un grupo ácido
carboxílico (COOH) en el otro extremo. Los aminoácidos son las unidades que forman a las
proteínas, sin embargo tanto estos como sus derivados participan en funciones celulares
tan diversas como la transmisión nerviosa y la biosíntesis de porfirinas, purinas, pirimidinas
y urea. Los polímeros cortos de aminoácidos (péptidos) tienen funciones importantes en el
sistema neuroendocrino como hormonas, factores que liberan hormonas,
neuromoduladores o neurotransmisores.(1)
Proteínas: Las proteínas son las moléculas orgánicas más complejas y abundantes de la
célula viva y constituyen más del 50% del peso seco. Estas moléculas tienen una estructura
básica similar, están conformadas por cadenas de aminoácidos, sin embargo tienen una
amplia gama de funciones en los organismos. Dentro de estas funciones se encuentran
algunas como las de actividad enzimática, reguladoras, de reserva, transporte, contráctiles,
protección, hormonas, estructurales, etc. (2)
Ionización: La ionización es el proceso en el que un átomo o una molécula gana o pierde
electrones para formar iones cargados. La ionización puede ser el resultado de la pérdida
de un electrón después de colisiones con partículas subatómicas energéticas, colisiones
con otros átomos, moléculas e iones, o mediante la interacción con radiación
electromagnética. En general, la radiación ionizante es cualquier radiación (partículas u
ondas electromagnéticas) que transporta suficiente energía para eliminar electrones de
átomos o moléculas, lonizándolos.(3)
Constante de ionización: Es la constante de equilibrio de una disociación iónica, definida
inmediatamente por la ecuación de la constante de equilibrio en función de las
concentraciones molares correspondientes. Por tanto, la constante de ionización es igual al
producto de las concentraciones iónicas dividido por la concentración de la sustancia sin
disociar. Todas las sustancias se expresan en la forma convencional de moles por litro, pero
las unidades de concentración no se ponen normalmente en forma implícita. Las constantes
de ionización varían apreciablemente con la temperatura. A menos que se diga otra cosa se
sobreentiende que la temperatura es de 25°C. También se sobrentenderá que el disolvente
es el agua a menos que se establezca otra cosa. (4)
Constante de equilibrio: Las reacciones químicas que transcurren en un recipiente
cerrado pueden alcanzar un estado de equilibrio que se caracteriza porque las
concentraciones de los reactivos y de los productos permanecen inalteradas a lo largo del
tiempo. Es decir, bajo determinadas condiciones de presión y temperatura la reacción no
progresa más y se dice que ha alcanzado el estado de equilibrio.La constante de equilibrio
(K) se expresa como la relación entre las concentraciones molares (mol/l) de reactivos y
productos. Su valor en una reacción química depende de la temperatura, por lo que ésta
siempre debe especificarse. La expresión de una reacción genérica es:
En el numerador se escribe el producto de las concentraciones de los productos y en el
denominador el de los reactivos. Cada término de la ecuación se eleva a una potencia cuyo
valor es el del coeficiente estequiométrico en la ecuación ajustada.(5)
Titulación: es un proceso sencillo que consiste en valorar una disolución. Para establecer
la concentración de una solución, se puede emplear a partir de otra disolución. Es un
método estándar de laboratorio para los análisis químicos que puede ser utilizado para
determinar la concentración de un reactivo conocido o analito; se emplea un reactivo,
denominado titrante, de concentración y volumen conocidos para reaccionar con un
volumen determinado de analito. Si se emplea una bureta calibrada para añadir el titulante,
es posible determinar la cantidad exacta que ha sido consumida cuando se alcanza el punto
final. Conociendo la proporción en la que reaccionan titulante y analito, podemos calcular la
cantidad exacta de analito que había en la muestra. (6)
Curva sigmoide: en la detección de los puntos finales y averiguar las posibles fuentes de
errores en las titulaciones, se construyen las curvas de titulación. La curva consiste en una
representación gráfica del volumen de reactivo en el eje horizontal y alguna función del
analito o concentración del reactivo en el eje vertical. Los cambios bruscos en las
concentraciones del reactivo o del analito son característicos del punto de equivalencia de
una titulación. Por ende, una forma de gráfica muy utilizada en las titulaciones son aquellas
que exhiben el logaritmo negativo de la concentración del reactivo o del analito (función P)
en función del volumen de reactivo. Las curvas de titulación para las reacciones en las que
se forman complejos, precipitados o en las reacciones de óxido-reducción, también exhiben
el cambio brusco en la función P (aumento o disminución) cerca del punto de equivalencia.
(7)
Electroforesis: la electroforesis es un método de separación de mezclas de moléculas
biológicas. Cuando una mezcla de moléculas ionizadas y con carga neta son colocadas en
un campo eléctrico, estas experimentan una fuerza de atracción hacia el polo que posee
carga opuesta. (8)
Punto isoeléctrico: el punto isoeléctrico (pI) es el punto en el cual la carga neta en una
molécula es cero. el pi se examina lo más común posible para las proteínas. Cada uno de
los aminoácidos en una proteína lleva una carga distinta, y la carga total de una proteína es
la adición de las cargas individuales en cada aminoácido. Esta carga es también
relacionada en el pH de la solución circundante. (9)
3. INTRODUCCIÓN
Las propiedades de los aminoácidos, constituyentes fundamentales de las proteínas,
radican principalmente en su comportamiento ácido-básico. En efecto, los aminoácidos
presentan al menos dos grupos ionizables, como se puede apreciar en su fórmula general
(fig. 1).
Fig. 1. Fórmula general de los aminoácidos
La función R (negro) corresponde al radical organico comun para todos los aminoácidos.
La función (a) que se llama grupo carboxilo (rojo) se encuentra protonada a pH ácido y
pierde un protón a pH neutro (con la aparición de una carga negativa) según la ecuación
siguiente (fig. 2).
Fig. 2. Funciones ácido y base conjugada de los aminoácidos
Esta función química está caracterizada por su constante de ionización (Ka), es decir, la
constante de equilibrio de la reacción de ionización (fig. 3).
Fig. 3. Constante de equilibrio de la reacción de ionización
Se indicó en la práctica anterior que una ionización se define por el valor de pKa, que
corresponda al valor de pH en el cual hay igual concentración de (A-) y de (AH), o sea
50% de cada uno. El pKa de una función carboxilo tiene en general un valor entre 2 y 4,5.
La función (b) se llama amina. (verde) (fig. 4). Se presenta en forma protonada (con carga
positiva) a pH neutro y ácido, pierde un protón a pH muy básico (sin mostrar carga).
Fig. 4. La función (b) amina.
El pKa de una función amina se encuentra generalmente entre 8 y 11. En la práctica se
puede comprobar que una molécula se puede ionizar al titularla con NaOH.
Primero es necesario llevar el pH alrededor de 1,5-1,8 luego se agrega lentamente
cantidades conocidas de NaOH y se mide después de cada adición el pH obtenido. Por
Ejemplo, el ácido acético CH3COOH da una curva de titulación de este tipo (fig. 5).
En esa curva similar a la obtenida en el laboratorio anterior para la titulación de este u otros
ácidos, se puede observar que al agregar NaOH el pH cambia rápidamenteal principio y
luego se estabiliza de tal manera que casi no varía al agregar más NaOH (zona plana).
Después de esta región de estabilización ocurre un cambio brusco de pH por adición de
más NaOH.
La región "estable" es una sigmoide, cuyo centro se encuentra a un pH correspondiente al
valor de pKa.
Una molécula ionizable se caracterizará siempre por un pKa y también por un rango de pH
(pKa -1< pH < pKa + 1) en el cual toda variación de pH será amortiguada.
Esa zona se llama zona de tamponamiento. Todas las moléculas ionizables servirán
entonces de tampón alrededor de un valor del pKa.
Se puede escribir las fórmulas ionizantes o iónicas del ácido acético en función de la curva:
a. El valor del pKa corresponde a un equilibrio 50%-50% entre CH3COOH y CH3COO-.
b. Al comenzar la titulación, antes de la zona plana tenemos CH3COOH.
c. En la parte que cambia bruscamente después de la zona plana tenemos CH3COO-.
Fig. 5. Curva de titulación del ácido acético
En resumen, por debajo del valor de su pKa (por lo menos de 2 unidades de pH) una
molécula ionizable se encuentra casi todo en forma protonada, mientras que por encima de
ese valor, se encuentra en su forma no protonada.
El caso de los aminoácidos (AA) es algo más complicado, puesto que hay 2 funciones
ionizables. Eso se va a traducir en curvas de titulación multifásicas (fig. 6).
Sobre la base de las propiedades iónicas que poseen los grupos R de los aminoácidos,
constituyentes de las proteínas, se han desarrollado métodos de separación cuantitativa a
partir de mezclas complejas, como un hidrolizado de proteínas.
El estudio sistematizado de estas propiedades, ha significado progresos importantes en el
conocimiento detallado de la estructura de las proteínas, métodos como la cromatografía y
la electroforesis, que han permitido un análisis más rápido, preciso y actualmente:
automatizado.
Fig. 6. Curva de titulación del aminoácido alanina (ALA)
4. PRELABORATORIO
a. Para los aminoácidos glicina, ácido glutámico e histidina escriba las fórmulas
estructurales posibles de acuerdo al medio de pH en donde se encuentren.
b. A que se le denomina punto isoeléctrico de/para un aminoácido.
R: Se denomina punto isoeléctrico de un aminoácido al pH al cual no tiene carga neta. En
otras palabras, es el pH al cual la cantidad de carga positiva de un aminoácido es
exactamente igual a la cantidad de carga negativa (Paysand, 2020).
c. Para los aminoácidos del literal a. consulte el punto isoeléctrico.
R: El punto isoeléctrico del ácido glutámico será aproximadamente 3,0
para la glicina (pK1=2,22 y pK2=9,86, el pI vale 6,04.
punto isoeléctrico para la histidina es =7,59
d. Que significa que un ácido se encuentre protonado y que significa que se encuentre
neutro. De las mismas definiciones para una base. Ilustre con un ej. para cada caso.
R:
ej: Un ejemplo es la formación del grupo amonio donde se forma NH 4 + por protonación de
amoniaco NH 3.
El agua puede estar protonada con ácido sulfúrico: H 2 SO 4 + H 2 O ⇌ H 3 O + + HSO - 4
5. MATERIALES Y REACTIVOS
1 pipeta, 4 vasos de precipitados, 1 equipo de titulación, 1 varilla de vidrio,pH-metro.
Soluciones problema de aminoácidos, NaOH 0.5 N, HCl 0.5 N.
6. PROCEDIMIENTO
Disuelva 100 mg de la muestra (Glicina)(aminoácido neutro) en 7ml de agua y llévelo a pH
1,2 aproximadamente, para eso agregue cuidadosamente HCl 0,5 N hasta el pH señalado y
agregue agua destilada hasta completar un volumen de 10 mL.
Titule con NaOH 0,5 N hasta que la solución alcance un pH de 13.
En el gráfico 2, indique los valores de pH en las ordenadas y los miliequivalentes de NaOH
en las abscisas, dibuje una línea continua a través de los puntos.
Repita esta operación con un aminoácido trifuncional (ácido aspártico, glutámico, histidina o
lisina, el que se le asigne). Realice las curvas de titulación en los gráficos 3 y 4
respectivamente.
7. RESULTADOS EXPERIMENTALES SUPUESTOS
GLICINA ÁCIDO GLUTÁMICO LISINA
Eq [OH] pH Eq[OH] pH Eq[OH] pH
0 1,2 0 0 0 1,2
0,1 1,5 0,12 1,2 0.02 1,5
0,14 1,7 0,15 1,6 0,1 1.95
0,18 1,9 0,25 1,8 0,11 2,1
0,21 1,95 0,5 2 0,15 2,18
0,23 2 1 2,4 0,16 2,18
0,24 2,05 1,25 3 0.18 2.18
0,25 2,14 1,3 3,1 0,22 2,18
0,28 2,14 1,35 3,3 0,25 2,18
0,32 2,14 1,5 4 0,40 2,18
0,36 2,14 1,8 4,3 0,44 2,18
0,4 2,14 2 4,5 0.47 3
0,45 2,14 2,5 5,2 0,50 5
0,5 2,14 2,7 8,8 0,55 6,5
0,62 4 3,2 9,2 0,60 7,8
0,8 6 3,5 9,3 0,65 8,95
1 8,4 3,6 11 0,70 8,95
1,2 9,3 3,7 12 0.80 8,95
1,25 9,6 0,84 9.72
1,3 9,6 0,87 10
1,5 9,6 0,90 10.53
1,55 10 0,94 10,53
1,8 13,9 0,98 10,53
2 14 1,12 12
2,2 14 1,16 13
Indique:
a. Directamente de la curva de titulación para cada AA el (los) valor(es) de pK y el valor de
pI (Punto isoeléctrico, es decir el pH al cual la carga de AA es nula). Nota: Los valores de
pK de algunos aminoácidos se muestran en la tabla al final de la guía
b. Los Aminoácidos, GLICINA, ÁCIDO GLUTÁMICO Pueden estar presentes en las
soluciones respectivas? Explique. Escriba para cada fase de la curva obtenida la fórmula
iónica de la molécula presente.
Gráfico 1
Gráfico 2
c. Para la LISINA y con base en los datos dados en la tabla 1, suponga datos de pH y
equivalentes de [OH] y resuelva las preguntas propuestas en los literales a y b.
Gráfico 3
Respuesta preguntas:
A. Directamente de la curva de titulación para cada AA el (los) valor(es) de pK y el valor de
pI (Punto isoeléctrico, es decir el pH al cual la carga de AA es nula). Nota: Los valores de
pK de algunos aminoácidos se muestran en la tabla al final de la guía
los valores de pk son: Punto isoeléctrico
pk1=2,18 / pk2=8,95 / pk3=10,53 PI=9,72
B. Los Aminoácidos, GLICINA, ÁCIDO GLUTÁMICO Pueden estar presentes en las
soluciones respectivas? Explique. Escriba para cada fase de la curva obtenida la fórmula
iónica de la molécula presente.
R: sí pueden estar presentes al comienzo de la reacción debido a que son la especie sin
disociar.
Tabla 1. Valores de pI y pK de Aminoácidos
Discusión
como se puede ver en el caso de la lisina, debido a que este es un aminoácido neutro el
proceso de disociación se da inicialmente por el ácido eventualmente por el grupo amino y
luego por el grupo R para llegar a la forma en la que este no se encuentre cargado positiva
o negativamente sino que el valor de ambas cargas anule la polaridad del aminoácido por lo
cual es posible observar los 3 valores de pk y el punto isoeléctrico en el segundo pico de la
gráfica.
es similar en el resto de aminoácidos, como en la glicina o en el ácido glutámico debido a
que estos compuestos poseen ácidos y bases débiles puesto que son orgánicas tienden a
presentar valores de pk bajos al comienzo de la reacción ya que se disocian en menor
cantidad y luego como podemos observar al final de la reacción de todos los casos estos
presentaron un aumento en el valor de pk lo que significa que la especie se ha disociado en
su mayoría.
Conclusiones
- los cálculos de pk y punto isoeléctrico realizados y graficados respectivamente para
cada aminoácido nos ayuda a observar la capacidad anfótera de los aminoácidos
puesto que como ya sabemos estos presentan una parte hidrofílica y una parte
hidrofóbica.
- pudimos observar que el punto isoeléctrico se logra cuando se neutralizan las cargas
o quedan iguales tanto de la parte ácida como de la parte básica y esto seda
cuando se llega a la forma del ion dipolar neutro.
8. BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA
● (1) (2) Carlos Gutiérrez Olvera (s.f)/AMINOÁCIDOS Y PROTEÍNAS/ UNAM/ Tomado
de: https://fmvz.unam.mx/fmvz/p_estudios/apuntes_bioquimica/Unidad_5.pdf
● (3) Nick Connor (2020)/¿Qué es la ionización? Definición/ Radiaton Dosimetry/
Tomado de: https://www.radiation-dosimetry.org/es/que-es-la-ionizacion-definicion/
● (4) Constante de ionización(2017)/n.a/ Tomado de:
https://glosarios.servidor-alicante.com/quimica/constante-de-ionizacion
● (5) La Constante De Equilibrio (sf)/(n.a)/ Tomado de:
https://www.hiru.eus/es/quimica/la-constante-de-equilibrio
● (6) Skoog Douglas A., West Donald M. y Holler F.James; QUIMICA ANALITICA;
Editorial McGRAW-HILL/INTERAMERICANA DE MEXICO, S.A de C.V.; Sexta
edición; Mexico; 1995.
https://sublimacion1.wordpress.com/2017/10/21/titulacion-de-soluciones/
● (7) Curvas de titulación(s.f)/(n.a)/ Tomado de:
https://neetescuela.org/curvas-de-titulacion/
● (8) David Alejandro López de la Mora; Ana Soledad Sandoval Rodríguez
(s.f)/Capítulo 12: Electroforesis/ tomado de:
https://accessmedicina.mhmedical.com/content.aspx?bookid=1473&sectionid=10274
3771
● (9) Hidaya Aliouche, B.Sc (2019)/ Reseña del punto isoeléctrico (pI)/Tomado de:
https://www.news-medical.net/life-sciences/Overview-of-the-Isoelectric-Point-(Spanis
h).aspx
● (10) Paysand, I. T. S., Sin, C., Laterales, C., & Por, I. (2020). Punto isoeléctrico de un
aminoácido. 9–11.
Grupo de trabajo N°. 1_______________________________________________________
Integrantes Laura Moreno, Dagler blanco, Juan Cotrino
Fecha de práctica__5 de marzo del
2021________________________________________________________
Fecha de entrega de informe_________________________________________________
Soportarse en los siguientes enlaces:
https://www.youtube.com/watch?v=wLgG5aS5BNU
https://www.youtube.com/watch?v=J878IamXB6E
https://www.youtube.com/watch?v=G9BkFqVkQ-g
https://fmvz.unam.mx/fmvz/p_estudios/apuntes_bioquimica/Unidad_5.pdf
https://www.radiation-dosimetry.org/es/que-es-la-ionizacion-definicion/
https://glosarios.servidor-alicante.com/quimica/constante-de-ionizacion
https://www.hiru.eus/es/quimica/la-constante-de-equilibrio
https://sublimacion1.wordpress.com/2017/10/21/titulacion-de-soluciones/
https://neetescuela.org/curvas-de-titulacion/
https://accessmedicina.mhmedical.com/content.aspx?bookid=1473&sectionid=102743771
https://accessmedicina.mhmedical.com/content.aspx?bookid=1473&sectionid=102743771
https://www.news-medical.net/life-sciences/Overview-of-the-Isoelectric-Point-(Spanish).aspx
https://www.news-medical.net/life-sciences/Overview-of-the-Isoelectric-Point-(Spanish).aspx