Propiedades acido-base de aminoacidos y sistemas amortiguadores

INTRODUCCIÓN

Los aminoácidos son la base de todo proceso vital, ya que entre sus funciones principales está el ser constituyentes de las proteínas, y ser intermediarios metabólicos para la síntesis de otras sustancias. Existen 20 aminoácidos estándar que poseen una característica estructural en común: poseen un grupo carboxilo y un grupo amino unidos al mismo átomo de carbono, denominado carbono alfa. Entonces, difieren unos de otros en sus cadenas laterales o grupos R, que determinan la estructura, tamaño y carga eléctrica del aminoácido (1). Estas propiedades compartidas por muchos aminoácidos permiten algunas simplificaciones generales acerca de su comportamiento acido-base, y de su capacidad amortiguadora o tamponante. Los tampones son sistemas acuosos que tienden a resistir cambios en su pH cuando se añaden pequeñas cantidades de ácido o base. Un buffer consiste en un ácido débil (dador de protones) y su base conjugada (aceptor de protones). El taponamiento es el resultado de dos equilibrios de reacciones reversibles que tienen lugar en una disolución con concentraciones casi iguales del dador como del aceptor de protones conjugado (2).

Objetivos

- Relacionar la capacidad amortiguadora del suero fisiológico, un buffer propiamente tal, y un aminoácido, frente a la adición de pequeñas cantidades de un ácido y una base fuerte.

- Identificar el pH y el comportamiento físico de un aminoácido frente a la adición de una base fuerte

METODOLOGÍA

a. Comparación entre la capacidad amortiguadora del suero salino y un buffer

Inicialmente se rotularon nueve tubos de ensayo con números del 1 al 9. A los tres primeros se le depositaron 11, 10 y 10 mL de suero salino respectivamente. A los tres tubos siguientes; 11, 10 y 10 mL de Buffer fosfato a pH fisiológico respectivamente, y a los tres últimos 11, 10 y 10 mL de Histidina a pH fisiológico y 0,05 M, respectivamente. Luego, a los tubos Nº 2, 5 y 8 y Nº 3, 6 y 9 se le adicionaron siete gotas de azul de timol, se homogenizaron, y a los tres primeros se le agregó 1 mL de ácido clorhídrico (HCL)  0,1 M, y a los otros tres, 1 mL de hidróxido de sodio (NaOH) 0,1 M.  

b. Determinación de la curva de titulación para un aminoácido

Inicialmente se acondicionó un pH-metro, del cual primero se sacó el electronodo y se depositó en un vaso de precipitado con agua. Luego, se traspasaron 50 mL de histidina (0,05 M y pH 2), de una probeta a un matraz de Erlenmeyer de 250 mL, se le incorporó 1 mL de azul de timol, se homogenizó y se midió el pH de la solución insertando el electronodo del pH-metro al matraz. Posteriormente, se lavó una bureta de 50 mL y se llenó completamente con NaOH (0,1M). Posteriormente se fue agregando NaOH de la bureta al matraz una alícuota de 5 mL, y en cada agregado, se fue midiendo el pH del matraz con el electronodo del pH-metro, y se tomó registro de pH y color obtenido. Agregados los 50 mL de la bureta, se agregaron 10 mL extra de NaOH y se realizó el mismo procedimiento.

RESULTADOS

a. Comparación entre la capacidad amortiguadora del suero salino y un buffer. En todas las muestras se inició con un color amarillo luego de haber agregado el azul de timol. Una vez agregado el ácido o base correspondiente se observó un cambio sólo en el N°2 tornándose naranjo, el N°3 azul y el N°9, verde. El resto de los tubos mantuvo el color inicial <>.

b. Determinación de la curva de titulación para un aminoácido. La solución a 0 mL de NaOH y solo con histidina tuvo un pH de 2,04 y de un color naranjo. Agregados los primeros 5 mL de NaOH, el pH aumentó a 2.4 y mantuvo el color. A 10 mL, el pH subió a 4.25, pero adoptó un color amarillo. A 15 mL, el pH aumentó considerablemente a 5.35. A 20 mL, el pH fue de 5.81. A 25 mL, el pH subió a 6.14. A 30 mL el pH fue de 6.53. A 35 mL, el pH aumentó paulatinamente a 7.16, y aún de color amarillo. A 40 mL, el pH cambia drásticamente a 8.40 y se torna verde. A 45 mL, el pH fue de 8.93 con una solución color azul. A 50 mL, el pH sube a 9.27. A 55 mL, el pH sube a 9.61, y, por último, a 60 mL el pH alcanza 10.05 y mantuvo el color azul <>.

DISCUSIÓN

Para que una solución amortiguadora sea efectiva, debe cumplir ciertas condiciones, por ejemplo, que esté compuesta de un ácido débil y su base conjugada, para poder así mantener estable el pH frente a la adición de pequeñas cantidades de ácidos y bases fuertes. Por lo tanto, el suero salino no funcionó como buffer, ya que entre sus componentes no está el ácido débil, pero sí está la base (NaCl), lo cual no es suficiente para amortiguar, y por eso el cambio de color en los tubos Nº 2 y 3 fue tan drástico, llegando al tope de color en ácidos (naranja) y en bases (azul) del intervalo de viraje del azul de timol.

Todos los aminoácidos con solo un grupo amino, un solo grupo carboxilo y un grupo R no ionizables, tienen valores de pKa muy similares. En cambio, un aminoácido con un grupo R ionizable tiene curvas de titulación más complejas, por lo que cuenta con 3 valores de pKa como, por ejemplo: la histidina, que es el único aminoácido que posee una cadena lateral ionizable con un pKa próximo a la neutralidad, por lo que puede estar cargada positivamente en su forma protonada, como puede no tener carga a pH 7. Esta característica de su grupo R le confiere un poder tamponante significativo principalmente en los fluidos inter e intracelulares de la mayoría de los animales y bacterias (3). Entonces, el cambio de color obtenido en el tubo N°9 que pasó de amarillo (neutro) a verde, significó que el pH de la solución sobrepasó levemente el rango de amortiguación del grupo amino de la histidina (8.17 y 10.17), por lo tanto, funcionó como buffer solo de manera parcial, ya que cambió de color al agregarle base, no así ácido.

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