Relatorio de Bioquimica

UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO CENTRO UNIVERSITÁRIO NORTE DO ESPÍRITO SANTO

Relatório n°1: Propriedades ácido-base de aminoácidos

 Nome do aluno aluno (a): Skarllathy J. J. C. de de Carvalho. Professor (a): Carolina Fortes Rigos. Código da Disciplina: DCN11431 D CN11431

11 de abril de 2014.

1. RESUMO O seguinte relatório tem como assunto as propriedades ácido-base dos aminoácidos. Por possuírem grupos amino e carboxila (grupos ionizáveis) capazes de receber e doar  prótons, eles são capazes de realizar tampões. No procedimento experimental realiza-se a titulação potenciométrica do aminoácido de Glicina, utiliza-se um titulante básico e  posteriormente um ácido, através dos valores obtidos de pH e concentração de OH - da solução titulada, monta-se a curva de titulação para o aminoácido. Através da curva tem-se as regiões de grande capacidade tamponante, com seus respectivos valores de  pK, compara-se esses valores com os valores que a literatura traz.

2. INTRODUÇÃO AMINOÁCIDOS Os aminoácidos são constituintes fundamentais das  proteínas, são moléculas orgânicas ligadas ao mesmo átomo de carbono (denominado de carbono α), um átomo de hidrogênio,

um grupo amina, um grupo carboxílico e uma cadeia lateral R (Figura 1) característica para cada aminoácido, essa cadeia lateral difere os aminoácidos em sua estrutura, tamanho, cargas elétricas e solubilidade em água 1.

Figura 1. Estrutura geral dos aminoácidos. (Fonte: Revista Química Nova na Escola. 1

 Nas proteínas são encontrados 20 aminoácidos (α aminoácidos)  que são referidos como aminoácidos primários 2. Os carbonos α dos α-aminácidos (exceto a glicina) é um centro quiral, porque se encontra ligado a 4 grupos diferentes, com isso essas moléculas são enântiomeras 3. Eles são agrupados em cinco classes principais, tendo como base as  propriedades dos seus grupos R, em particular a sua polaridade, ou tendência para interagir com a água em pH biológico 2. As classes são as seguintes: 

Grupos R não-polares e alifáticos: Glicina; Alanina; Prolina; Valina; Leucina; Isoleucina e Metionina.



Grupos R aromáticos: Fenilalanina; Tirosina e Triptofano.



Grupos R não-carregados, mas polares: Serina; Treonina; Cisteína; Asparagina e Glutamina.



Grupos R carregados positivamente:  Lisina; Arginina e Histidina.



Grupos R carregados negativamente:  Aspartato e Glutamato.

PROPRIEDADES ÁCIDO-BASE DE AMINOÁCIDOS Quando um aminoácido é dissolvido em água, ele existe na solução como um íon dipolar, ou zwitterion (Figura 2). O zwitterion age tanto como um ácido quanto como uma base. A titulação de um aminoácido com uma base, iniciando a titulação com pH 1, faz com que o pH da solução aumente, e o grupo  – COOH começa a liberar íons H+ para o meio, originando a água. Elevando mais o  pH, o grupo NH 3+, começa a ter condições de liberar seu

Figura 2. Formas não-iônicas e zwitteriônicas. (Fonte: Adaptação no Paint.)

H+ (Figura 3)4.

Figura 3. Equilíbrios na titulação. (Fonte: Adaptação no Paint.)

A curva de titulação dos aminoácidos está relacionada com a sua carga total. Por exemplo, no ponto de inflexão entre os dois patamares da curva de titulação (pH=5.97) da Glicina (Figura 4 e 5), ela é encontrada predominantemente na forma totalmente ionizada, mas a sua carga total é zero. O pH em que a carga total é zero tem o nome de Ponto Isoeletrônico (pI). Para um aminoácido diprótico, o PI pode ser calculado de acordo com a equação 1. A glicina tem carga total positiva a qualquer ponto abaixo do seu pI, e carga total negativa a qualquer ponto acima do seu pI.

 

   

Figura 5. Estrutura da Glicina. (Fonte: site Feira de Ciências)5

 Equação 1.

Figura 5. Curva de titulação para a Glicina. (Fonte: Livro Lehninger Príncipios de Bioquímica.)2

3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL Materiais:



- Erlenmeyer; - Bécker; - Pipeta volumétrica; - Bureta de 25 mL; - Agitador Magnético; - Barra Magnética; - pHmêtro.

Reagentes:



- Glicina 0,1 mol/L; - Água destilada; - Solução de NaOH padronizada.

3.1

Figura 6. Esquema da titulação (Feito em Software ChemLab)

Procedimento: Titulação Potenciométrica de um Aminoácido:

Métodos: Pipetou-se para um erlenmeyer 10 mL da solução de glicina 0,1 mol/L. Adicionou-se água destilada ao erlenmeyer em quantidade suficiente para cobrir o bulbo do eletrodo de vidro. Montou-se os materiais para a realização da titulação (Figura 6), na bureta

adicionou-se a solução de NaOH padronizada, e abaixo da bureta instalou-se o agitador magnético. Fez-se a titulação da solução de glicina sob agitação, desligando-o a cada medida de pH realizada. Realizou-se as medidas de pH a cada pequena quantidade de gotas do titulante inserida no erlenmeyer.

Repetiu-se o mesmo procedimento,

utilizando-se como titulante HCl 0,1 mol/L.

4. RESULTADOS E DISCUSSÃO 4.1

Titulação Potenciométrica da Glicina: Titulação com NaOH 0,1 mol/L.

Montou-se o equipamento necessário para a realização da titulação potenciométrica do aminoácido Glicina. Mediu-se o pH da solução inicial, e posteriormente iniciou-se a titulação medindo-se o pH a cada gota do NaOH 0,1 mol/L que caía no erlenmeyer (solução de glicina 0,1 mol/L), com o tempo aumentou-se essa variação de gotas, como  pode ser verificado na tabela 1. A cada medida do pH da solução tomou-se o cuidado de sempre estar limpando o bulbo do eletrodo de vidro, evitando-se erros nos resultados. Realizou-se a titulação até o término da solução de titulante na bureta, não sendo necessária nova reposição, pois até este ponto obteve-se um pH de 11,4 para a solução de Glicina. Tem-se na tabela 1 os valores de pH da solução, seu respectivo pOH, a concentração de íons OH- e a quantidade de gotas do titulante inseridas na amostra.

4.2

Titulação Potenciométrica da Glicina: Titulação com HCl 0,1 mol/L.

Após a titulação da Glicina com o NaOH, trocou-se a bureta da titulação e a completou com HCl 0,1 mol/L. Realizou-se o mesmo procedimento da titulação da amostra com o NaOH.  Na tabela 2 tem-se os valores de pH da solução, seu respectivo pOH, a concentração de íons OH- e a quantidade de gotas de HCl inseridas na amostra.

Tabela 1: Valores de pH, pOH e concentração de OH - na solução de Glicina 0,1 mol/L, quantidade de gotas adicionadas do titulante na solução.

Tabela 2: Valores de pH, pOH e concentração de OH - na solução de Glicina 0,1 mol/L, quantidade de gotas adicionadas do titulante na solução.

4.3

Curva da titulação.

Montou-se a curva de titulação da Glicina (Figura 7) de acordo com os valores de pH obtidos nas titulações (tabela 1 e 2).

Curva de Titulação da Glicina 0,1 mol/L 12 10 8

   H 6   p 4 2 0         2         2         2         2         1         1         1         1         0         8        7        7        7         6         6         6         6         6         6         1        5        5        5         3        7        7         1         3         2         1         1         1         1         1         1         1         1         1         0         0         0         0         0         0         0         0         0         0         0         0         0         0         9         0        5         0         9         6     -     -     -     -     -     -     -     -     -     -     -     -     -     -     -     -     -     -     -         0     -     -     -         8         1         9         0         8         2        E        E        E        E        E        E        E        E        E        E        E        E        E        E        E        E        E        E        E         0        E        E        E        5         8         0   .         4        5         8         1         1         1         6         8         8         1         8         1         8         8         4         6         0         6         8         1         1         0         6         1         2         9         3         0         8         9         0        5        5         0         3         2        5        5        5        5         0        5         9         9         2         0         1         9         3         3   .         0         1         0         1         3         6        5         9   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .         0   .   .   .         1         1         1         2        5         6         1         1         1         2         1        5         1         3        7         1         2         3         3         6         6         2         3        5         0         0         0         0         0         0         0         0         0         0         0         0         0   .   .   .   .   .         0         0         0         0         0

[OH-] Figura 7. Gráfico da curva de titulação da Glicina 0,1 mol/L. Os pontos em triângulo são referentes aos valores de  pK 1 e pK 2.

Observa-se no gráfico que há duas regiões em que o aumento do pH é mais lento, e é exatamente nessas regiões que ocorre o tampão. Na primeira região encontra-se o pK 1, calcula-se esse ponto através da média do pH da primeira região tamponante. Calculouse o pK 1 considerando a faixa de pH entre 2,2 e 3,5 (símbolos esféricos na curva):  

   

   

Antes desse ponto (2,85), tem-se na amostra apenas a forma iônica da glicina, que é a sua forma totalmente protonada. No pK 1, o grupo  – COOH da glicina perde o seu  próton, e então há duas formas com concentrações iguais presentes na solução. O tampão nessa região ocorre devido a presença dessas duas formas:               

 Na segunda região tamponante, encontra-se o pK 2, o calculo é o mesmo do pK 1, retira-se a média do pH nessa região. Calculou-se o pK 2 considerando a faixa de pH entre 6,7 e 11,4 (símbolos triângulos na curva):

 

   

   

Esse ponto (9,05) da titulação corresponde à remoção de um próton do grupo  –  NH3+. E o tampão nessa região ocorre devido a presença das seguintes formas:              

 Na titulação há um ponto no pH que se encontra entre as duas regiões tamponantes, chamado de ponto isoelétrico (pI), nesse ponto a glicina está presente como um íon dipolar, ela está totalmente ionizada, mas sem carga elétrica líquida (carga zero). Para aminoácidos que não possuem grupos ionizáveis em sua cadeia lateral, assim como a glicina, calcula-se o pI da seguinte maneira:

 

   



   

 

 Nesse ponto a glicina se encontra da seguinte forma:     . Abaixo 5,95 a carga elétrica líquida da glicina é positiva, e acima desse ponto ela é negativa. De acordo com os valores obtidos a equação de dissociação para esse aminoácido é o seguinte:

Encontrou-se na literatura os seguintes valores para o pK 1, pK 2  e pI, respectivamente: 2,34; 9,60; 5,97 2. Comparando esses valores com os encontrados no

 procedimento prático, nota-se que os valores de pK 1 e pK 2 são bem diferente, variando  para ambos mais ou menos 0,5. Como essa variação para um é para mais (pK 1) e para o outro a mesma variação é para menos (pK 2), ao calcular o valor de pI, o qual é uma média de ambos os valores, observou-se um valor bem próximo do encontrado na literatura, variando apenas em 0,02.

5. CONCLUSÃO Com o procedimento experimental realizado conclui-se que as propriedade ácido base dos aminoácidos é de fundamental importância para o seres vivos, pois devido a essa propriedade eles agem como bons tampões fisiológicos, vendo-se que a manutenção do pH constante no organismo evita-se vários problemas em seu funcionamento. Conclui-se também, que o método utilizado foi satisfatório na obtenção do pI, não sendo muito para os valores do pK 1 e pK 2, mas foram resultados coerentes com a literatura.

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Revista Química Nova na Escola; Proteína: Hidrólise, Precipitação e um Tema para o Ensino de Química; Nº 24  –  novembro de 2006; pg. 12. Disponível em: http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc24/ccd1.pdf Acessado em 21 de abril de 2014.

2. Cox, M. M; Nelson, L. D.; Lehninger Princípios de Bioquímica; 3ª Edição-São Paulo: SARVIER, 2002; pg. 95-96.

3. Aula de Bioquímica de Paulo Martel  –  Universidade do Algarve: Disponível em: http://w3.ualg.pt/~pmartel/cadeiras/bq-mieb/aula2.pdf Acessado em 21 de abril de 2014.

4. Aula de Bioquímica de Franciscleudo Bezerra da Costa  –   Universidade Federal de Campina Grande: Disponível em: http://www.ccta.ufcg.edu.br/# Acessado em 21 de abril de 2014.

5. Site da Feira de Ciências: Disponível em: http://www.fciencias.com/2013/08/01/glicina-molecula-da-semana/ Acessado em 23 de abril de 2014.