תרגיל מס' 1: חומצות אמיניות וחלבונים 72121 - ביוכימיה של התא תרגיל מס' 1: חומצות אמיניות וחלבונים

חומצות ובסיסים חלשים חומצה = Proton donor Proton acceptor בסיס = תגובת הפירוק במים לא מלאה ולכן לא ניתן להתעלם מקבוע שיווי המשקל. ככל ש- Ka גבוה יותר (או pKa נמוך יותר) כך החומצה חזקה יותר. pKa = - log Ka

בופרים בופר הוא תערובת של חומצה חלשה והבסיס החלש המצומד לה. תמיסת בופר מתנגדת לשינויים ב- pH בעקבות מיהול או הוספת כמויות קטנות של חומצה או בסיס. ה- pH של בופר מושפע מהיחס בין ריכוז החומצה לריכוז הבסיס המצומד לה: Henderson-Hasselblach equation:

עקומת טיטרציה מתארת את שינוי ה- pH בעקבות הוספת חומצה או בסיס לתמיסה.

שינוי עקומת הטיטרציה כתלות ב pKa

חומצות אמיניות מבנה כללי: בטבע ישנן 20 חומצות נפוצות הנבדלות זו מזו בהתאם לשייר R. סימון האטומים: כל החומצות הן – α-Amino acids.

כיראליות תכונה של מולקולה, אשר לא חופפת את תמונת הראי שלה. הפשטה בדו מימד תכונה של מולקולה, אשר לא חופפת את תמונת הראי שלה. בטבע ברוב המקרים מולקולה בעלת פחמן כיראלי – פחמן הקושר 4 קבוצות שונות. לדוגמא: כפות ידיים. אכיראלי כיראלי

כיראליות החומצות האמיניות ל- 19 חומצות (מתוך 20) יש מרכז כיראלי והוא פחמן α. בחלבונים נמצא אך ורק חומצות בקונפיגורציה L.

סיווג החומצות האמיניות את החומצות ניתן לסווג על פי השייר R: שייר לא-פולרי. שייר פולרי שאינו טעון. שייר ארומטי. שייר טעון חיובית. שייר טעון שלילית.

חומצה אמינית כחומר אמפוטרי חומר אמפוטרי – חומר המשמש הן כבסיס והן כחומצה. ב- pH=7 חומצות אמיניות נמצאות במצב של צוויטריון – יון טעון חיובית ושלילית. סה"כ המטען החשמלי = 0. חומצה בסיס

טיטרציה של חומצות אמיניות

עקומת טיטרציה של חומצות אמיניות לחומצות אמיניות יש לפחות שני אזורי בופר: אחד עבור Ka1 ושני עבור Ka2. ה- pH במרכז אזור הבופר = pK. לדוגמה – גליצין: pK1 = 2.34 pK2 = 9.6

עקומת הטיטרציה של גליצין כאשר pH=pKa – ריכוז החומצה שווה לריכוז הבסיס המצומד. pI – הנקודה האיזואלקטרית, ה- pH שבו לחומצה האמינית אין מטען חשמלי נטו.

טיטרציה של חומצות עם שייר בסיסי/חומצי קבוע שיווי משקל ליינון השייר – KR.

טיטרציה של חומצות עם שייר בסיסי/חומצי קבוע שיווי משקל ליינון השייר – KR.

חלבונים חלבונים הם פולימרים ליניארים של חומצות אמיניות. הקשר הקוולנטי בין החומצות השונות נוצר בראקצית דחיסה תוך שחרור מולקולת מים.

זווית דהידרלית זווית דהידרלית מאפיינת 4 אטומים קושרים לאורך מולקולה. היא הזווית בין 2 המישורים שנוצרים בין כל 3 אטומים סמוכים. l i k j

חלבונים – המשך... חלבונים בנויים מכמה עשרות ועד כמה מאות חומצות אמיניות הקשורות זו לזו. לחלבונים בתא מגוון רחב של תפקידים: - קטליזה אנזימטית. - העברה ואגירה של מולקולות ויונים. - תנועה מתואמת. - תמיכה מכנית, מבנה. - מערכת החיסון. - יצירה והעברה של דחפים עצביים. - בקרת גידול והתמיינות.

חלבונים – המשך... ה- pI של חלבון הוא ה- pH שבו לחלבון מטען חשמלי נטו של 0. pI הוא ממוצע ה- pKa סביב הצורון הלא טעון.

)I( )II) (IV) )II( )IV) )II,IV( )III( )III( )V( )V( (II) )I,III,V( 1. תרגיל הבנה של עקומות טיטרציה: נתונה עקומת טיטרציה של גליצין: בנקודה זו גליצין במצב NH3+-CH2-COOH. המטען הממוצע של גליצין הוא 0.5. חצי מהקבוצות האמיניות מיוננות. ה- pH שווה לערך pKa של הקבוצה הקרבוקסילית. ה- pH שווה לערך pKa של הקבוצה האמינית. לגליצין יכולת ביפור מקסימלית. המטען הכולל של גליצין הוא 0. הקבוצה הקרבוקסילית עברה טיטרציה מלאה. גליצין עברה טיטרציה מלאה. המטען הממוצע של גליצין הוא -1. גליצין נמצאת בתערובת 50:50 של NH3+-CH2-COOH ו- NH3+-CH2-COO- . האזורים הגרועים ביותר לביפור. )I( )II) (IV) )II( )IV) )II,IV( )III( )III( )V( )V( (II) )I,III,V(

2. חשב/י את ה- pI של Carboxyproline. pKa =2 pKa =3.8 pKa =10.5

ה- pI הוא ממוצע ה- pKa סביב הצורון הלא טעון. 3. חשב/י את ה- pI של הפפטיד: C’ N’ Arg-Asp-Phe pKa ה- pI הוא ממוצע ה- pKa סביב הצורון הלא טעון. Phe (Cα) Asp (R) Arg (Nα) Arg (R) 1.8 3.6 9 12.5 מטען נטו: H3N+-ArgH+-AspH-Phe-COOH +2 pKa = 1.8 H3N+-ArgH+-AspH-Phe-COO- +1 pKa = 3.6 H3N+-ArgH+-Asp--Phe-COO- pKa = 9 H3N+-Arg-Asp--Phe-COO- -1 pKa = 12.5 H2N-Arg-Asp--Phe-COO- -2 במקרה זה, הממוצע בין ערכי ה- pKa של Asp(R) ושל Arg(Nα):

מבין החומצות האמיניות Lys, Glu, Arg, His איזו חומצה אינה טעונה חיובית ב- pH=5.5? pKa 1 pKa 2 pKa R Charge at pH5.5 Lys 2.18 8.95 10.53 Glu 2.19 9.67 4.25 Arg 2.17 9.04 12.48 His 1.82 9.17 6.0 +1 -1 +1 +1 תשובה: Glu הטעונה במטען -1.

1 2 5. לפניכם עקומות טיטרציה של Arg ושל Lys. לאיזו חומצה אמינית שייכת כל עקומה? מדוע? 1 2 Arg Lys עקומה 1 שייכת ל- Arg ועקומה 2 שייכת ל- Lys. השייר של Arg (נקרא גואנידין) הוא בסיס חזק יותר מהשייר של Lys. המטען החיובי מיוצב רזונטיבית על ידי הקבוצה הגואנידינית. ניתן לראות בבירור אזור בופר נוסף בעקומת הטיטרציה של ארגינין (ב- pH=12.0).