Masa molecular
Masa de una molécula dada en daltons

La masa molecular ( m ) es la masa de una molécula dada . A menudo se utilizan unidades de daltons (Da). [1] Diferentes moléculas del mismo compuesto pueden tener diferentes masas moleculares porque contienen diferentes isótopos de un elemento. La cantidad derivada masa molecular relativa es la relación sin unidades entre la masa de una molécula y la constante de masa atómica (que es igual a un dalton). [2]

La masa molecular y la masa molecular relativa son distintas de la masa molar , pero están relacionadas con ella . La masa molar se define como la masa de una sustancia dada dividida por la cantidad de la sustancia , y se expresa en gramos por mol (g/mol). Esto hace que la masa molar sea un promedio de muchas partículas o moléculas (que potencialmente contienen diferentes isótopos ), y la masa molecular, la masa de una partícula o molécula específica. La masa molar suele ser la cantidad más apropiada cuando se trata de cantidades macroscópicas (pesables) de una sustancia.

La definición de peso molecular es, en general, sinónimo de masa molecular relativa; sin embargo, en la práctica habitual, el uso de esta terminología es muy variable. Cuando el peso molecular se expresa con la unidad Da, con frecuencia se expresa como un promedio ponderado similar a la masa molar, pero con unidades diferentes. En biología molecular, la masa de las macromoléculas se denomina peso molecular y se expresa en kDa, aunque el valor numérico suele ser aproximado y representativo de un promedio.

Los términos "masa molecular", "peso molecular" y "masa molar" pueden usarse indistintamente en contextos menos formales en los que no se necesita precisión en cuanto a unidades y cantidades. La masa molecular se usa más comúnmente cuando se hace referencia a la masa de una molécula única o específica bien definida y con menos frecuencia que el peso molecular cuando se hace referencia a un promedio ponderado de una muestra. Antes de la revisión de 2019 del SI, las cantidades expresadas en daltons (Da) eran, por definición, numéricamente equivalentes a la masa molar expresada en las unidades g/mol y, por lo tanto, eran estrictamente intercambiables numéricamente. Después de la revisión de 2019, esta relación es solo casi equivalente, aunque la diferencia es insignificante para todos los fines prácticos.

La masa molecular de moléculas de tamaño pequeño a mediano, medida mediante espectrometría de masas, se puede utilizar para determinar la composición de los elementos de la molécula. Las masas moleculares de macromoléculas, como las proteínas, también se pueden determinar mediante espectrometría de masas; sin embargo, los métodos basados ​​en la viscosidad y la dispersión de la luz también se utilizan para determinar la masa molecular cuando no se dispone de datos cristalográficos o espectrométricos de masas.

Cálculo

Las masas moleculares se calculan a partir de las masas atómicas de cada nucleido presente en la molécula, mientras que las masas molares y las masas moleculares relativas (pesos moleculares) se calculan a partir de los pesos atómicos estándar [3] de cada elemento . El peso atómico estándar tiene en cuenta la distribución isotópica del elemento en una muestra dada (que normalmente se supone que es "normal"). Por ejemplo, el agua tiene una masa molar de 18,0153(3) g/mol, pero las moléculas de agua individuales tienen masas moleculares que oscilan entre 18,010 564 6863(15) Da ( 1 H
216 O) y 22,027 7364(9) Da ( 2 H
218 O).

Las masas atómicas y moleculares se expresan habitualmente en daltons , que se definen en términos de la masa del isótopo 12 C (carbono-12). Sin embargo, el nombre de unidad de masa atómica unificada (u) todavía se utiliza en la práctica común. Las masas atómicas y moleculares relativas tal como se definen son adimensionales . Las masas molares cuando se expresan en g / mol tienen valores numéricos casi idénticos a las masas atómicas y moleculares relativas. Por ejemplo, la masa molar y la masa molecular del metano , cuya fórmula molecular es CH 4 , se calculan respectivamente de la siguiente manera:

Masa molar de CH 4
Peso atómico estándarNúmero
de átomos		Masa molar total (g/mol)
o peso molecular (sin unidades)
do12.011112.011
yo1.00844.032
Capítulo 416.043
Masa molecular de 12 C 1 H 4
Masa del nucleido (Da o u)Número
de átomos		Masa molecular total (Da o u)
12 C12.0000112.0000
1 hora1.00782544.0313
Capítulo 416.0313

La incertidumbre en la masa molecular refleja la varianza (error) en la medición, no la varianza natural en las abundancias isotópicas en todo el mundo. En la espectrometría de masas de alta resolución, los isotopómeros de masa 12 C 1 H 4 y 13 C 1 H 4 se observan como moléculas distintas, con masas moleculares de aproximadamente 16,031 Da y 17,035 Da, respectivamente. La intensidad de los picos de espectrometría de masas es proporcional a las abundancias isotópicas en las especies moleculares. 12 C 2 H 1 H 3 también se puede observar con una masa molecular de 17 Da.

Determinación

Espectrometría de masas

En espectrometría de masas, la masa molecular de una molécula pequeña se expresa generalmente como masa monoisotópica : es decir, la masa de la molécula que contiene solo el isótopo más común de cada elemento. Esto también difiere sutilmente de la masa molecular en que la elección de los isótopos está definida y, por lo tanto, es una única masa molecular específica de las (quizás muchas) posibilidades. Las masas utilizadas para calcular la masa molecular monoisotópica se encuentran en una tabla de masas isotópicas y no se encuentran en una tabla periódica típica. La masa molecular promedio se utiliza a menudo para moléculas más grandes, ya que es poco probable que las moléculas con muchos átomos estén compuestas exclusivamente por el isótopo más abundante de cada elemento. Se puede calcular una masa molecular promedio teórica utilizando los pesos atómicos estándar que se encuentran en una tabla periódica típica. Sin embargo, la masa molecular promedio de una muestra muy pequeña puede diferir sustancialmente de esto, ya que el promedio de una sola muestra no es lo mismo que el promedio de muchas muestras distribuidas geográficamente.

Fotometría de masas

La fotometría de masas (MP) es un método rápido, en solución y sin etiquetas para obtener la masa molecular de proteínas, lípidos, azúcares y ácidos nucleicos a nivel de molécula individual. La técnica se basa en la microscopía de luz dispersa interferométrica. [4] Se detecta el contraste de la luz dispersada por un solo evento de unión en la interfaz entre la solución de proteína y el portaobjetos de vidrio y es linealmente proporcional a la masa de la molécula. Esta técnica también se puede utilizar para medir la homogeneidad de la muestra, [5] para detectar estados de oligomerización de proteínas e identificar conjuntos macromoleculares complejos ( ribosomas , GroEL , AAV ) e interacciones de proteínas como interacciones proteína-proteína. [6] La fotometría de masas puede medir con precisión la masa molecular en un amplio rango de masas moleculares (40 kDa – 5 MDa).

Métodos hidrodinámicos

En una primera aproximación, la base para la determinación de la masa molecular según las relaciones de Mark-Houwink [7] es el hecho de que la viscosidad intrínseca de las soluciones (o suspensiones ) de macromoléculas depende de la proporción volumétrica de las partículas dispersas en un disolvente particular. Específicamente, el tamaño hidrodinámico en relación con la masa molecular depende de un factor de conversión, que describe la forma de una molécula particular. Esto permite que la masa molecular aparente se describa a partir de una gama de técnicas sensibles a los efectos hidrodinámicos, incluyendo DLS , SEC (también conocida como GPC cuando el eluyente es un disolvente orgánico), viscosimetría y espectroscopia de resonancia magnética nuclear ordenada por difusión (DOSY). [8] El tamaño hidrodinámico aparente se puede utilizar entonces para aproximar la masa molecular utilizando una serie de estándares específicos de macromoléculas. [9] Como esto requiere calibración, se describe con frecuencia como un método de determinación de masa molecular "relativa".

Dispersión de luz estática

También es posible determinar la masa molecular absoluta directamente a partir de la dispersión de la luz, tradicionalmente utilizando el método Zimm . Esto se puede lograr mediante la dispersión de luz estática clásica o mediante detectores de dispersión de luz multiángulo . Las masas moleculares determinadas por este método no requieren calibración, de ahí el término "absolutas". La única medición externa necesaria es el incremento del índice de refracción , que describe el cambio en el índice de refracción con la concentración.

Véase también

Referencias

  1. ^ El Sistema Internacional de Unidades (PDF) (9.ª ed.), Oficina Internacional de Pesas y Medidas, diciembre de 2022, pág. 145, ISBN 978-92-822-2272-0
  2. ^ IUPAC. Compendio de terminología química, 2.ª ed. (el "Libro de oro"). Compilado por AD McNaught y A. Wilkinson. Blackwell Scientific Publications, Oxford (1997). Versión en línea (2019-) creada por SJ Chalk. ISBN 0-9678550-9-8. https://doi.org/10.1351/goldbook.
  3. ^ "Pesos atómicos y composiciones isotópicas de todos los elementos". NIST . Consultado el 14 de octubre de 2007 .
  4. ^ Young et al. (2018). Imágenes cuantitativas de macromoléculas biológicas individuales. Science 360, 423-427. DOI: https://doi.org/10.1126/science.aar5839
  5. ^ Sonn-Segev, A., Belacic, K., Bodrug, T. et al. Cuantificación de la heterogeneidad de las máquinas macromoleculares mediante fotometría de masas. Nat Commun 11, 1772 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-15642-w
  6. ^ Soltermman et al. Cuantificación de interacciones proteína-proteína mediante conteo molecular utilizando fotometría de masas. Angew. Chem Int Ed, 2020, 59(27), 10774-10779
  7. ^ Paul, Hiemenz C. y Lodge P. Timothy. Química de polímeros. Segunda edición. Boca Raton: CRC P, 2007. 336, 338–339.
  8. ^ Johnson Jr., CS (1999). "Espectroscopia de resonancia magnética nuclear ordenada por difusión: principios y aplicaciones". Progreso en espectroscopia de resonancia magnética nuclear . 34 (3–4): 203–256. doi :10.1016/S0079-6565(99)00003-5.
  9. ^ Neufeld, R.; Stalke, D. (2015). "Determinación precisa del peso molecular de moléculas pequeñas mediante DOSY-NMR utilizando curvas de calibración externas con coeficientes de difusión normalizados" (PDF) . Chem. Sci. 6 (6): 3354–3364. doi : 10.1039/C5SC00670H . PMC 5656982 . PMID  29142693.  
  • Una aplicación gratuita para Android para el cálculo del peso molecular y recíproco de cualquier fórmula química.
  • Complemento de estequiometría para Microsoft Excel Archivado el 11 de mayo de 2011 en Wayback Machine para el cálculo de pesos moleculares, coeficientes de reacción y estequiometría.
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