목차
10-1. 이양성자성 산과 염기
10-2. 이양성자성 산의 완충 용액
10-3. 다양성자성 산과 염기
10-4. 어느 것이 주 화학종인가?
10-5. 분율 조성식
10-6. 등전 pH와 등이온 pH
10-6. 등전 pH와 등이온 pH
- 생화학자들은 단백질과 같은 다양성자성 화학종의 등전(isoelectric) pH 또는 등이온(isoionic) pH를 인용
- 아미노산인 알라닌과 같은 간단한 이양성자성 계로 이해
등이온점(isoionic point) 또는 등이온 pH(isoionic pH)
- 순수한 중성 다양성자성 산 HA (중성 쯔비터 이온)가 물에 녹았을 때의 pH
- 용액 중에 있는 이온은 H2A+, A-, H+, OH- 뿐임
- 대부분의알라닌은 HA 형태로 있고, H2A+와 A-의 농도는 서로 같지 않음
등전점(isoelectric point) 또는 등전 pH(isoelectric pH)
- 다양성자성 산의 평균 전하가 0일 때의 pH
- 이 pH에서 대부분의 분자는 전하를 띠지 않은 HA 형태로 있고, H2A+와 A- 농도는 서로 같음
- 약간의 H2A+와 A-가 언제나 HA와 평형을 이루고 있음
- 순수한 알라닌을 물에 녹이면 용액의 pH는 등이온 pH임
- 알라닌(HA)은 이양성자성 산(H2A+)의 중간 형태이므로, pH는 다음과 같음
- 등이온점
- 여기서 F는 알라닌의 포말 농도임
- Q. 0.10 M의 알라닌의 등이온 pH?
- [H+], K1, K2 값으로부터 순수한 문에서 알라닌(등이온 용액)에 대하여 [H2A] = 1.68 x 10-5 M, [A-] = 1.76 x 10-5 M을 계산할 수 있음
- A-가 조금 더 많은 것은, HA가 염기로서보다 약간 더 강한 산이기 때문
- 즉, HA는 물과 반응해 H2A+보다 A-를 좀 더 많이 만들음
- 등전점은 [H2A+] = [A-]인 pH이므로 알라닌의 평균 전하는 0임
- 등이온 용액(물에 순수 HA)으로부터 등전 용액으로 가려면, 충분한 양의 강산을 첨가하여[A-]를 감소시키고 [H2A+]를 증가시켜 둘이 같아지도록 하면 됨
- 산을 첨가하면 pH 감소
- 알라닌의 경우, 등전 pH는 등이온 pH보다 낮아야 함
따라서, 등전점
- 이양성자성 아미노산의 등전 pH는 두 pKa 값의 중간
- 알라닌의 등전 pH는 1/2(2.34 + 9.87) = 6.10
- 다양성자성 산의 등전점과 등이온점은 거의 같음
- 등전 pH에서 분자의 평균 전하가 0이므로 [H2A+] = [A-], pH = 1/2(pK1 + pK2)
등이온의 pH는 route(K1K2)이며, [H2A+]는 [A-]와 정확히 같지 않음
단백질은 다양성자성 산과 염기이다
- 단백질(protein)은 화학 반응 촉매, 외부 물질에 대한 면역 감응, 막을 통한 분자 이동, 유전자 표현 조절, 구조의 지지 등의 생물학적 기능 수행
- 단백질의 삼차원 구조와 기능은 단백질을 구성하는 아미노산(amino acid)의 서열에 의해 결정됨
- 폴리펩타이드(polypeptide)를 만드는데 아미노산이 어떻게 연결되는가?
- 표 10-1의 필수 아미노산 20개 가운데 3개는 염기성 치환기를, 4개는 산성 치환기를 갖고 있음
- 마이오글로빈: 근육 세포에 산소를 저장하는 기능을 가지는 헴(heme)기에 산소나 다른 작은 분자의 결합을 조절하는 몇 개의 나선형 부분으로 접혀 있음
- 마이오글로빈에 있는 153개 아미노산 중 35개는 염기성 치환기를 갖고 있고, 23개는 산성임
- 등이온 pH는 H+와 OH- 외에는 다른 이온이 없는 순수한 단백질 용액의 pH임
- 단백질은 대체로 여러 가지 상대 이온(Na+, NH4+, Cl- 등)과 함께 전하를 띤 형태로 분리됨
- 그러한 단백질을 순수한 물에 대해 집중적으로 투석(dialysis)시킬 때, 상대 이온이 투석막을 자유로이 통과한다면, 단백질이 들어 있는 칸의 pH는 등이온점에 접근할 것임
- 등전점은 단백질이 알짜 전하를 갖지 않는 pH
- p.257
p. 256 보충 10-4 등전 집중
:등전점에서 단백질이 전기장에서도 이동하지 않는 것
Keyword: 등이온점(isoionic point), 등전점(isoelectric point), 등전 집중(isoelectric focusing)
