塩基性アミノ酸のうちのリシン,アルギニンの pHの変化に対する化学種の存在比(割合),荷電と等電点

本ページでは、塩基性アミノ酸のうちのリシン,アルギニンにおけるpHの変化に対する解離,各化学種の存在比(割合)の変化,荷電状態,および等電点について説明しています。

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pHを低い状態から上げていくことによる塩基性アミノ酸のリシン,アルギニンの酸解離の様子を述べる。
L-アルギニンを例に説明する。
便宜的に各化学種をT〜W型と呼ぶことにする。

 

 

@ カルボキシ基の酸解離平衡

 

塩基性アミノ酸のリシン,アルギニン pHの変化と解離,化学種の存在比(割合),荷電,等電点

 

カルボキシ基の酸解離平衡のKa,pKaをKa1,pKa1と表す。

 

 

A アミノ基の酸解離平衡

 

塩基性アミノ酸のリシン,アルギニン pHの変化と解離,化学種の存在比(割合),荷電,等電点

 

αアミノ基の酸解離平衡のKa,pKaをKa2,pKa2と表す。
L-リシンとL-アルギニンでは、αアミノ基よりも側鎖の塩基性官能基の方が塩基性が強い。それは、αアミノ基の共役酸(NH+)よりも側鎖の塩基性官能基の共役酸(NH+)の方が酸性が弱いことを意味する。

 

 

B 側鎖の塩基性官能基の酸解離平衡

 

塩基性アミノ酸のリシン,アルギニン pHの変化と解離,化学種の存在比(割合),荷電,等電点

 

側鎖の塩基性官能基の酸解離平衡のpKaをpKRまたはpKa3と表す。

 

 

〇 L-リシンとL-アルギニンの等電点について
ある物質について、主に電荷0の化学種として存在し、見かけ上電荷を持たなくなる時のpHを、その物質の等電点と呼ぶ。

 

塩基性アミノ酸のうちのL-リシンとL-アルギニンでは、1つのカルボキシ基がCOO−で負電荷を帯び、側鎖の塩基性官能基がNH+となり正電荷を帯びている化学種は、分子内の電荷が±0である。

 

塩基性アミノ酸のリシン,アルギニン pHの変化と解離,化学種の存在比(割合),荷電,等電点

 

塩基性アミノ酸のうちのL-リシンとL-アルギニンでは、pHが(pKa2+pKR)/2の時、見かけ上電荷を持たなくなることから、L-リシンまたはL-アルギニンの等電点は(pKa2+pKR)/2であるといえる。
言い換えると、pHがL-リシンまたはL-アルギニンの等電点の(pKa2+pKR)/2に等しい時、L-リシンまたはL-アルギニンは見かけ上電荷を持たなくなる(電荷が±0になる)といえる。

 

 

以上のことに基づき、
下の図を参考に、点Fから出発して徐々にpHを上げていくことを想定し、溶液のpHの変化に対する塩基アミノ酸のリシン,アルギニンの各化学種の存在割合の変化を考えてみる。

 

塩基性アミノ酸のリシン,アルギニン pHの変化と解離,化学種の存在比(割合),荷電,等電点

 

・点F
T型がほぼ100%を占める

 

・点A
点AのpH=pKa1
T型とU型が50%ずつ占める。

 

・点D
点DのpH=(pKa1+pKa2)/2
U型がほぼ100%を占める。

 

・点B
点BのpH=pKa2
U型とV型が50%ずつ占める。

 

・点E
点EのpH=(pKa2+pKR)/2
V型(電荷0の化学種)がほぼ100%を占める。
よって、点EのpHは等電点に該当する。

 

・点C
点CのpH=pKR
V型とW型が50%ずつ占める。

 

・点C以上のpH
pHが上がるにつれてV型からW型に変わるものが増えていき、
いずれW型がほぼ100%を占める状況になると考えられる。

 

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