A lisina tem três grupos ionizáveis pK1=2,2 ; pK2=9,2 ; e pKR= 10,8. Faça a curva de titulação da lisina e indique seus três valores de pK. Escreva a estrutura da lisina e a carga líquida da molécula em cada estado de ionização. Quando se usa a lisina como tampão, quais os pontos da curva de titulação que representam os piores valores de pH para a capacidade tamponante? Quais são as espécies predominantes nesses valores de pH ?

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício sobre a titulação da lisina. A questão envolve conceitos de química de ácidos e bases, especialmente sobre pK₁, pK₂ e pKR da lisina. Precisamos fazer a curva de titulação, identificar os três valores de pK, desenhar a estrutura da lisina indicando a carga líquida em cada etapa de ionização, e analisar quais pontos da curva são os piores para a capacidade tampão e quais espécies predominam nesses pH.

Passo 2

Primeiro, vamos entender o que são esses pK. Cada pK corresponde a uma etapa de ionização dos grupos da lisina:
  • pK₁ = 2,2: corresponde ao grupo carboxílico (-COOH).
  • pK₂ = 9,2: corresponde ao grupo amino (-NH₃⁺) da cadeia principal.
  • pKR = 10,8: corresponde ao grupo amino da cadeia lateral (-NH₃⁺).
Esses valores nos ajudam a entender em que pH cada grupo ganha ou perde prótons, afetando a carga total da molécula.

Passo 3

Agora, vamos desenhar a estrutura da lisina e identificar a carga líquida em cada estado de ionização.
A lisina possui:
  1. Um grupo carboxílico (-COOH).
  2. Um grupo amino na cadeia principal (-NH₃⁺)
  3. Um grupo amino na cadeia lateral (-NH₃⁺).
Vamos analisar cada grupo conforme o pH:
  • pH < pK₁ (2,2): Todos os grupos estão protonados.
    • -COOH -> 0 carga
    • -NH₃⁺ -> +1
    • -NH₃⁺ -> +1
    • Carga líquida: +2
  • pK₁ < pH < pK₂ (2,2 < pH < 9,2): O grupo carboxílico perde um próton.
    • -COO⁻ -> -1
    • -NH₃⁺ -> +1
    • -NH₃⁺ -> +1
    • Carga líquida: +1
  • pK₂ < pH < pKR (9,2 < pH < 10,8): O grupo amino da cadeia principal perde um próton.
    • -COO⁻ -> -1
    • -NH₂ -> 0
    • -NH₃⁺ -> +1
    • Carga líquida: 0
  • pH > pKR (pH > 10,8): O grupo amino da cadeia lateral também perde um próton.
    • -COO⁻ -> -1
    • -NH₂ -> 0
    • -NH₂ -> 0
    • Carga líquida: -1

Passo 4

Vamos fazer a curva de titulação. Nela, plotamos o pH da solução em função da quantidade de base adicionada. Cada pK corresponde a um ponto de inflexão na curva.
  1. Primeira inflexão em pH 2,2 (pK₁): Transição do grupo -COOH para -COO⁻.
  2. Segunda inflexão em pH 9,2 (pK₂): Transição do grupo -NH₃⁺ para -NH₂ da cadeia principal.
  3. Terceira inflexão em pH 10,8 (pKR): Transição do grupo -NH₃⁺ para -NH₂ da cadeia lateral.
A curva terá três etapas de mudança de pH, cada uma correspondendo à perda de um próton de cada grupo ionizável.

Passo 5

Sobre a carga líquida em cada estado:
  • Em pH baixo (<2,2): +2
  • Entre 2,2 e 9,2: +1
  • Entre 9,2 e 10,8: 0
  • Acima de 10,8: -1

Passo 6

Quando usamos a lisina como tampão, as melhores regiões para tamponamento são nas proximidades de cada pK, onde a capacidade tampão é máxima. Portanto, os pKs de 2,2; 9,2; e 10,8 são os melhores para tamponamento.
Os piores valores de pH para a capacidade tampão são os pontos intermediários entre os pKs, onde a capacidade tampão é mínima. Nesses pontos, a solução não resiste bem às variações de pH.
As espécies predominantes nesses pH menos favoráveis são as formas não tamponantes, ou seja, sem grupos pareados para absorver ou liberar prótons facilmente.

Resposta

A curva de titulação da lisina apresenta três pontos de inflexão nos pH 2,2; 9,2 e 10,8, correspondendo aos pKs de seus grupos ionizáveis. A estrutura da lisina mostra uma carga líquida de +2 em pH <2,2, +1 entre 2,2 e 9,2, 0 entre 9,2 e 10,8, e -1 acima de 10,8. Ao usar a lisina como tampão, os pH próximos aos pontos de inflexão são os piores para a capacidade tamponante, onde as espécies predominantes são as formas desprotonadas de cada grupo ionizável.

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