Syrer og baser i biologiske systemer

Syre og base koncept

• Syre: En syre har en pH-værdi under 7 (jo lavere pH-værdien er, desto stærkere er syren). For eksempel har stærke syrer som saltsyre (HCl) en meget lav pH-værdi, ofte tæt på 0. En syre er et molekyle eller en ion, der kan afgive en hydron.

• Base: En base er et molekyle eller en ion, der kan optage en hydron.

Hydroner og reaktioner

• En hydron (H⁺) kan ikke eksistere alene, så en syre afgiver en hydron ved at reagere med en base. Dette kaldes en syre-basereaktion eller hydronolyse.

• Korresponderende syre-basepar: Dette refererer til når forskellen mellem syren og basen er en enkelt hydron. Eksempler inkluderer vand (H₂O) og oxonium/hydronium (H₃O⁺) eller HCl og Cl⁻. I denne reaktion er H₃O⁺ syren, fordi den afgiver en proton, mens H₂O er basen, da den modtager en proton.

• Oxonium dannes, når et vandmolekyle optager en ekstra proton (H⁺), hvilket gør det til en positivt ladet ion.

• Vand kan reagere som både syre og base og er dermed en amfolyt.

Struktur og funktion

• En syre indeholder altid et hydrogenatom, som kan frigives som en hydron gennem en polær elektronparbinding.

• En base indeholder altid et ledigt elektronpar, som kan tiltrække hydronen og danne en elektronparbinding.

• Carboxylsyrer: Disse syrer indeholder en eller flere COOH-grupper, hvor H'erne sidder løst, hvilket gør dem let tilgængelige for afgivelse.

• Trihydron syrer: Disse syrer kan afgive tre hydroner og er derfor mere reaktive.

• Aminosyrer: Disse indeholder både en aminogruppe (base) og en carboxylsyregruppe (syre) i det samme molekyle og er derfor også amfolytter.

• Amfoioner / zwitterioner: Stoffet er ioniseret to steder og har både en positiv og en negativ ladning på forskellige dele af molekylet.

Løsninger og ligevægt

• Uanset om en opløsning er sur eller basisk, vil den altid indeholde oxonium (H₃O⁺) og hydroxidioner (OH⁻).

Puffersystemer

• Puffersystemer: Disse systemer består af bestemte syrer og baser (opløsninger af amfolytter), der kan hjælpe med at opretholde en konstant pH-værdi.

• Kv: vandets styrkekonstant angiver forholdet mellem hydroner og hydroxidioner i vand. Vandets ionprodukt Kv = [H₃O⁺]*[OH⁻].

• Ligevægtskonstanten for vands selvionisering er Kv = 1*10⁻⁷ M, hvilket svarer til 1 * 10⁻¹⁴ M² ved 25 grader.

pH-begrebet

• pH er den negative titalslogaritme til den aktuelle stofmængdekoncentration af oxonium og beregnes ved pH = -log([H₃O⁺]). Den pH-værdi for rent vand er 7 (pH = -log(1 * 10⁻⁷)).

• pH måler koncentrationen af H⁺ ioner for syrer, mens pOH måler koncentrationen af OH⁻ ioner for baser.

Syrekonstanten

• Syrekonstanten (Ks) viser tendensen til at afgive protoner; større Ks-værdier indikerer stærkere syrer. Jo større Ks-værdi, desto større syrestyrke og jo mindre pKs-værdi, desto større syrestyrke.

• I en titrering, vil pKs halvækvivalenspunkt betyde, at syren kun har afgivet halvdelen af sine hydroner.

DNA-teknologi

• Isolering af DNA: Isolér DNA'et, der indeholder insulin-genet.

• PCR (Polymerase Chain Reaction): Anvend denne metode til at amplificere og isolere det ønskede gen.

• Primere: Tilsæt specifikke primere for at sikre, at den korrekte del af DNA'et isoleres under PCR-processen.

• Plasmidpræparation: Bakterier kan udveksle plasmider, små cirkulære DNA-molekyler. Hvis en bakterie optager et plasmid, giver det en fordel.

• Skæring og kloning: Brug et restriktionsenzym til at skære plasmidet åbent og indsæt donor-DNA'et i plasmidet ved hjælp af ligaseenzymer.

• Transformation: Introducer det rekombinante plasmid tilbage i bakterierne. De modificerede bakterier danner nu en koloni, hvor hver bakterie indeholder det nye plasmid.

• Selektion: Udvælg de bakterier, der har optaget plasmidet ved hjælp af selektive medier. Dette sikrer, at kun de bakterier, der indeholder det rekombinante plasmid, overlever.