생화학 실험 요약 노트

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2010.01.14 / 2019.12.24
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본문내용: 다. Amino Acid의 Titration과 pH buffer 작용

Amino Acid를 NaOH와 같은 염기로 Titration을 하여 얻어지는 Titration Curve는 적정하는 Amino Acid의 pH buffer 작용을 잘 설명해 준다.
즉 Amino Acid의 Carboxyl기는 Weak Acid이므로 NaOH-와 같은 Strong Base와 반응하면 일정한 pH 범위 내에서 큰 pH 변화를 일으키지 않는 pH Buffer 작용을 한다는 것이다.
그림 4 는 0.1 M alanine을 0.1 M NaOH로 적정한 Titration Curve이다. 적정의 초기에서는 대부분의 Alanine은 완전히 Protonated된 상태, 즉 +NH3-CHR-COOH의 상태로 존재한다. 그러나 첫번째의 buffering Point에서는 Alanine은 +NH3-CHR-COOH의 상태와 +NH3-CHR-COO-의 상태로 동시에 존재하며 pK1 지점은 이 두가지 Alanine form의 양이 동일한 지점, 즉 pH = pK1인 지점을 의미하며 Alanine의 Carboxyl 기의 pK'는 이 때의 pH 값인 2.34이다.

염기인 NaOH가 Alanine과 동량이 첨가된 지점인 pH = 6.01 지점은 모든 Carboxyl기가 Deprotonated되고 +NH3-CHR-COO- 의 상태로 존재하는 지점이다.

이 pH에서 모든 Alanine 분자들은 동일한 +, - charge를 지니기 때문에 전기적으로 중성이다. 이렇게 Amino Acid 분자들이 전기적으로 중성이 중성인 지점을 등전점 (Isoelectric Point)이라 하며 등전점은 Amino Acid 의 종류에 따라 틀려지게 된다.
pH가 등전점보다 높은 수치에 이르게 되면 NH2-CHR-COO- 상태의 Alanine이 생성되게 되며 이때 두번째의 buffering pH Region에 도달하게 된다. pH = 9.69 지점은 +NH3-CHR-COO- 와 NH2-CHR-COO- 의 농도가 동일한 지점, 즉 +NH3 의 pK' 지점이다.
pH가 12 이상에 이르게 되면 모든 Alanine은 Deprotonation 되어 NH2-CHR-COO- 의 상태가 되며 Titration은 종결되게 된다.

이러한 Amino Acid Titration에서 우리가 얻을 수 있는 정보를 요약하면 다음과 같다.

① Amino Acid에 존재하는 2개의 ionizable Group, 즉 Amino 기와 Carboxyl 기의 pK'를 알수 있다. 위의 Alanine Titration에서는 Carboxyl기의 pK'는 2.34 이며 Amino 기의 pK'는 9.69라는 것을 쉽게 알수 있다. Acetic Acid의 Carboxyl 기의 pK'인 4.67 보다 Alanine의 pK'가 현저하게 낮은 까닭은 α-Carbon에 붙어 있는 +NH3 의 Positive Charge가 COOH의 proton과 Repulsion이 작용하기 때문으로 보인다. 따라서 평형이 COOH -> COO- 의 방향으로 촉진되어 pK'가 낮아지게 된다.

② Titration 의 대상이 되는 Amino Acid의 고유한 특성인 isoelectric Point를 알수 있다. 따라서 특정한 pH에서의 Net Charge를 구할 수 있다.

③ Amino Acid의 Buffering Power가 존재하는 pH 영역을 알수 있다. 즉 Alanine의 경우 2.34 부근과 9.69 부근에서 Buffering Power를 지니고 있음을 알수 있다.

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