Masa molecular

La masa molecular (m) es la masa de una molécula dada: se mide en daltons (Da o u). Diferentes moléculas del mismo compuesto pueden tener diferentes masas moleculares porque contienen diferentes isótopos de un elemento. La masa molecular de la cantidad relacionada, tal como la define la IUPAC, es la relación entre la masa de una molécula y la unidad de masa atómica unificada (también conocida como dalton) y no tiene unidades. La masa molecular y la masa molecular relativa son distintas pero están relacionadas con la masa molar. La masa molar se define como la masa de una sustancia dada dividida por la cantidad de una sustancia y se expresa en g/mol. La masa molar suele ser la cifra más apropiada cuando se trata de cantidades macroscópicas (pesables) de una sustancia.

La definición de peso molecular es sinónimo de masa molecular relativa; sin embargo, en la práctica común, es muy variable. Cuando el peso molecular se usa con las unidades Da o u, frecuentemente es 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 a menudo se usan indistintamente en áreas de la ciencia donde distinguirlos no es útil. En otras áreas de la ciencia, la distinción es crucial. La masa molecular se usa más comúnmente cuando se refiere a la masa de una molécula única o específica bien definida y menos comúnmente que el peso molecular cuando se refiere a un promedio ponderado de una muestra. Antes de la redefinición de 2019 de las unidades base del SI, las cantidades expresadas en daltons (Da o u) eran, por definición, numéricamente equivalentes a cantidades idénticas expresadas en unidades g/mol y, por lo tanto, eran estrictamente intercambiables numéricamente. Después de la redefinición de unidades del 20 de mayo de 2019, esta relación es solo casi equivalente.

La masa molecular de moléculas de tamaño pequeño a mediano, medida por espectrometría de masas, se puede utilizar para determinar la composición de los elementos en la molécula. Las masas moleculares de las 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 de espectrometría 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 moleculares relativas se calculan a partir de los pesos atómicos estándar de cada elemento. El peso atómico estándar tiene en cuenta la distribución isotópica del elemento en una muestra dada (generalmente se supone que es "normal"). Por ejemplo, el agua tiene una masa molecular relativa de 18,0153(3), pero las moléculas de agua individuales tienen masas moleculares que oscilan entre 18,010 564 6863(15) Da (H₂O) y 22.027 7364(9) Da (H₂O).

Las masas atómicas y moleculares generalmente se informan en daltons, que se definen en relación con la masa del isótopo C (carbono 12). Los valores relativos de masa atómica y molecular, tal como se definen, son adimensionales. Sin embargo, la "unidad" Dalton todavía se usa en la práctica común. Por ejemplo, la masa molecular relativa y la masa molecular del metano, cuya fórmula molecular es CH ₄, se calculan respectivamente de la siguiente manera:

Masa molecular relativa de CH 4
	peso atómico estándar	Número	Peso molecular total (adimensional)
C	12.011	1	12.011
H	1.008	4	4.032
Canal 4			16.043
Masa molecular de C H 4
	Masa de nucleidos	Número	Masa molecular total (Da o u)
C	12.00	1	12.00
H	1.007825	4	4.0313
Canal 4			16.0313

La incertidumbre en la masa molecular refleja la variación (error) en la medición, no la variación natural en las abundancias isotópicas en todo el mundo. En la espectrometría de masas de alta resolución, los isotopómeros de masas CH 4 _y CH 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. También se puede observar C H H _{3 con masa molecular de 17 Da.}

Determinación

Espectrometría de masas

En espectrometría de masas, la masa molecular de una molécula pequeña generalmente se informa como la masa monoisotópica, es decir, la masa de la molécula que contiene solo el isótopo más común de cada elemento. Tenga en cuenta que esto también difiere sutilmente de la masa molecular en que la elección de los isótopos está definida y, por lo tanto, es una sola masa molecular específica de las 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 usa 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, ya que es probable que haya una distribución estadística de átomos que representan los isótopos en toda la molécula. Sin embargo, la masa molecular promedio de una muestra suele 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 al nivel de una sola molécula. La técnica se basa en la microscopía de luz dispersa interferométrica. 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 es capaz de medir la homogeneidad de la muestra, detectar el estado de oligomerización de proteínas, caracterizar ensamblajes macromoleculares complejos (ribosomas, GroEL, AAV) e interacciones proteicas, como las interacciones proteína-proteína. La fotometría de masas puede medir la masa molecular con precisión en una amplia gama 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 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 solvente particular. Específicamente, el tamaño hidrodinámico en relación con la masa molecular depende de un factor de conversión, que describe la forma de una molécula en particular. Esto permite describir la masa molecular aparente a partir de una variedad de técnicas sensibles a los efectos hidrodinámicos, que incluyen DLS, SEC (también conocido como GPC cuando el eluyente es un solvente orgánico), viscometría y espectroscopía de resonancia magnética nuclear ordenada por difusión (DOSY). El tamaño hidrodinámico aparente se puede usar para aproximar la masa molecular usando una serie de estándares específicos de macromoléculas.Como esto requiere calibración, con frecuencia se describe 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 "absoluto". La única medida externa requerida es el incremento del índice de refracción, que describe el cambio en el índice de refracción con la concentración.