-

L'ionisation des acides aminés à des pH précis donne naissance à plusieurs formes moléculaires chrargées positivement ou négativement ou de charge électrique globale nulle.

Les courbes de titration reflètent la composition de la solution de l'acides aminé en telle ou telle forme moléculaire.

---

ما هي خاصية التأين التي تمتاز بها الأحماض الأمينية؟

تعتبر الأحماض الأمينية كعديدي الأحماض (polyacides) تفرز بروتوتات (H⁺ = H₃O⁺) بقدر ما لها من مجموعة تأينية (groupements ionisables). تمتاز كل من الأحماض الأمينية المتعادلة (Acides aminés neutres، مثل الكليسين و الألنين) و الأحماض الأمينية ذات الشحنة الموجبة (أحماض أمينية قاعدية كالليزين و الأرجينين) و الأحماض ذات الشحنة السالبة (أحماض ثنائية الكربوكسيل أو أحماض أمينية حمضية كحمض الأسبارتيك و حمض الكلوتاميك) بأشكال تأينية مختلفة نظرا لتوفرها على اثنين أو ثلاثة مجموعات قابلة للتأين، إثر تغير حموضة الوسط. تكمن المجموعات التأينية في مجموعة الكاربوكسيل المحمولة فوق الكاربون ألفا (Ca)، و هي أكثر حامضية و مجموعة الكاربوكسيل فوق الشق R (عند حمض الكلوتاميك و حمض الأسبارتيك) و مجموعة الأمين الموجودة فوق الكاربون ألفا ثم مجموعة الأمين فوق الشق R (عند الليزين و الأرجنين، مثلا).

---

تأين الأحماض الأمينية المتعادلة (Acides aminés neutres)

تمتاز الأحماض الأمينية المتعادلة بغياب أية شحنة كهربائية يحملها الشق  R. عند درجة الحموضة العالية (pH = 1) يكون الحمض الأميني مشبع تماما بالبروتونات و يحمل شحنة كهربائية موجبة (+). عند الإضافة التدريجية للقاعدة، تبدأ مجموعة الكربوكسيل المحمولة فوق الكاربون ألفا (Ca)، و هي أكثر حامضية، بفقد بروتونها، تليها مجموعة الأمين (أنظر الرسم التالي).

 

انطلاقا من الاتزان الأول (قدف بروتون الكاربوكسيل)، يمكن احتساب ثابت الاتزان K₁ (ثابث التفكك)، الذي هو: 

K₁ = (H⁺) (A⁺)/( A⁺)

بالنسبة لحمض كربوكسيلي : 10^-4 M<K₁<10^-6 M

اعتبارا للاتزان الثاني (قدف بروتون الأمين)، يمكن احتساب ثابث الاتزان K₂، و هو:

K₂ = (H⁺) (A^-)/(A⁺) 

بالنسبة للأمين: 10^-8 M<K₂<10^-10 M 

بصفة عامة: 

 (جزيئ غير مفكك، حمض) / (جزيئ مفكك، قاعدة) (H⁺) = K            

تبقى نسبة الجزيئ المفكك و الغير المفكك مرتبطة بتركيز البروتون H⁺ (الذي يعبر عنه الرقم الهيدروجيني، pH).

في حالة pH = 7، أي (H⁺) = 10^-7، تصبح ثوابت الاتزان K₁ و K₂ كالتالي: 

- حالة  K₁ = 10^-5 M:  

(A⁺)/( A⁺) = 10^-5/10^-7 = 100، لكل 100 جزيئ قاعدي (A⁺) يوجد جزيئ حمضي واحد (A⁺). 

- حالة K₂ = 10^-9 M: 

(A^-)/( A⁺) = 10^-9/10^-7 = 1/100، لكل جزيئ قاعدي (A^-) توجد 100 جزيئ حمضي A⁺)). 

إرتكازا على مفهوم الرقم الهيدروجيني (اللوغاريتم السالب لتركيز إيون الهيدروجين، pH = -log₁₀ (H⁺))، نستخلص: 

عند حالة تعادل pH مع pK ، يصبح تركيز الجزيئ المفكك يساوي تركيز الجزيئ الغير المفكك. و يسمى هذا الرقم الهيدروجيني ' pHنصف التفكك' (pH de demi-dissociation)، و هو يعبر على قوة الحمض أي سهولة التجرد من بروتونه. مثلا: pK₁< pK₂، يعني أن الحمض 1 أقوى من الحمض 2. 

---

تعادل الشحنة الكهربائية (pH isoélectrique, pH_i) للأحماض الأمينية 

تفكك حمض أميني كالجليسين المتميز بالثوابت K₁ و K₂، ينتج أشكالا مختلفة للحمض الأميني حسب الشحنة الكهربائية لكل شكل. تتغير الشحنة الكهربائية الصافية (Charge électrique nette) وفق تركيزات أشكال الحمض الأميني و عدد و نوع الشحنات المحمولة و التي يتحكم فيها عنصر pH. هناك pH معين يعطي للحمض الأميني شحنة كهربائية صافية تساوي الصفر. إنه pH تعادل الشحنة الكهربائية أو pH تعادل الأيون الذي يرمز له ب pH_i (أو كذلك PI).

---

إحتساب pH_i للأحماض الأمينية المتعادلة.

 

تساوي قيمةpH_i  معدل قيمتي pK للشكلين من الحمض الأميني اللذين يحيطا الشكل ذو الشحنة الكهربائية المساوية للصفر (تتوفر في حالة pH_i = pH). هكذا تصبح قيمة pH_i، للكليسين 5,97 تمثل معدل pK₁ (2,34) و pK₂ (9,60). عند نقطة pH_i = pH، يكون الحمض الأميني في شكل A⁺ (100%). عند نقطة  pK₁= pH ، يكون الحمض الأميني في شكل A⁺ (50%) و A⁺ (50%). عند = pK₂  pH، يكون الحمض الأميني في شكل A⁺ (50%) و A^-  (50%). 

---

منحنى معايرة الأحماض الأمينية المتعادلة (Acides aminés neutres). 

تهدف معايرة (Titrage, Titration) الأحماض الأمينية إلى معرفة ثوابت pK لأشكال الحمض الأميني المتأين بعد إضافة تراكيز قياسية معينة من قاعدة ( NaOH، مثلا )  أو حمض ( HCl، مثلا ) مع مراقبة تغير pH.

تمتاز كل من الأحماض الأمينية المتعادلة (Acides aminés neutres) و الأحماض ذات الشحنة السالبة (أحماض أمينية ثنائية الكربوكسيل) و الأحماض الأمينية ذات الشحنة الموجبة (أحماض أمينية قاعدية) بمنحنيات للمعايرة مختلفة.

منحنى معايرة الكليسين

---

كيف تفسر مناطق منحنى معايرة الكليسين المتميزة بتغيرات طفيفة في pH رغم إضافة القاعدة ؟

تعتبر منطقتي منحنى معايرة الكليسين المتميزتان بتغير طفيف في pH رغم إضافة القاعدة، منطقتان منظمتان (zones tampons). و هي توجد حول نقاط pK (مناطق نصف تفكك مجموعات الكربوكسيل و الأمين، zones de demi-dissociation). لكل الأحماض الأمينية قدرة على العمل كمحاليل منظمة (solutions tampons) و تكون قدرتها على التنظيم أعلى عندما يكون تركيز واهب البروتون يساوي تركيز مستقبل البروتون.

---

تأين الأحماض الأمينية ذات الشحنة السالبة (أحماض أمينية ثنائية الكربوكسيل، أحماض أمينية حمضية،Acides aminés chargés négativement, acides aminés dicarboxyliques, acides aminés acides)

في هذه الحالة تضاف مجموعة تأينية ثالثة للمجموعات المعتادة (الكاربوكسيل فوق Ca و الأمين). إنها مجموعة كاربوكسيل الشق R.  هكذا تصبح معادلات التأين:

في حالة تأين الأحماض الأمينية ثنائية الكاربوكسيل مثل حمض الكلوتاميك،  يقع pH_i (شكل الحمض الأميني A⁺) وسط الثابتين pK₁ و pK_R المتعلقين بتفكك المجموعة الكربوكسيلسة ل Ca و نظيرتها فوق الشق R.

---

إحتساب pH_i للأحماض الأمينية ذات الشحنة السالبة (أحماض أمينية ثنائية الكربوكسيل).

---

منحنى معايرة الأحماض الأمينية ذات الشحنة السالبة (أحماض أمينية ثنائية الكربوكسيل).

تعتبر معايرة المجموعة الكربوكسيلية للشق R بإضافة NaOH نقطة التعادل الوحيدة (V₁) التي يسهل كشفها بوضوح إبان قياس pH.

عند نقطة pK_R = pH، يكون الحمض الأميني في شكل A⁺ (50%) و A^+2- (50%). قيمة pH_i لحمض الكلوتاميك 3,2 تمثل معدل pK₁ (2,2) و pK_R (4,3). أما قيمة pK₂ فهي 9,7.

---

تأين الأحماض الأمينية ذات الشحنة الموجبة (أحماض أمينية قاعدية) (Acides aminés chargés positivement, acides aminés basiques)

إحتساب pH_i للأحماض الأمينية ذات الشحنة الموجبة (أحماض أمينية قاعدية).

منحنى معايرة الأحماض الأمينية ذات الشحنة الموجبة (أحماض أمينية قاعدية).

تعتبر معايرة مجموعة الأمين فوق Ca بإضافة HCl، نقطة التعادل الوحيدة (V’₁) التي يسهل كشفها بوضوح إبان قياس pH.

عند نقطة pK_R = pH، يكون الحمض الأميني في شكل A⁺ (50%) و A^- (50%). قيمة pH_i لليزين 9,8 تمثل معدلpK₂  (9,0) و pK_R (10,5). أما قيمة pK₁ ، فهي 2,2. بالنسبة للأرجنين (= 10,8  pH_i)، قيمة pK₁  تساوي  2,2، = 9,0 pK₂ و pK_R = 12,5. أما الهستدين فتتميز، عكس الليزين و الأرجينين، بتفكك مجموعة إميدازول (شق R) قبل تفكك مجموعة الأمين مع = 7,6  pH_i و بثوابت pK₁ و pK₂ و pK_R تساوي بالتتالي 1,8 و 9,2 و 6,0 . 

---

مقارنة لتأين مختلف أنواع الأحماض الأمينية

مقارنة لقيم pK للمجموعات التأينية لكل الأحماض الأمينية