La masa molecular ( m ) es la masa de una molécula dada . A menudo se utiliza la unidad dalton (Da). [1] [2] Diferentes moléculas del mismo compuesto pueden tener diferentes masas moleculares porque contienen diferentes isótopos de un elemento. La cantidad derivada de 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). [3]
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 determinada dividida por la cantidad de sustancia , se expresa en gramos por mol (g/mol). Eso hace que la masa molar sea un promedio de muchas partículas o moléculas, y la masa molecular sea 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 sinónimo de masa molecular relativa; sin embargo, en la práctica común, el uso de esta terminología es muy variable. Cuando el peso molecular se expresa en la unidad Da, frecuentemente 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 donde no es necesaria la corrección de unidades y cantidades. 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 básicas del SI, las cantidades expresadas en daltons (Da) eran, por definición, numéricamente equivalentes a la masa molar expresada 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 casi equivalente, aunque la diferencia es insignificante a todos los efectos 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 pueden determinarse mediante espectrometría de masas; sin embargo, también se utilizan métodos basados en la viscosidad y la dispersión de la luz para determinar la masa molecular cuando no se dispone de datos cristalográficos o espectrométricos de masas.
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 [4] de cada elemento . El peso atómico estándar tiene en cuenta la distribución isotópica del elemento en una muestra determinada (normalmente 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 ( 1 H
216 O) y 22.027 7364(9) Da ( 2 H
218O ).
Las masas atómicas y moleculares generalmente se expresan en daltons , que se define en términos de la masa del isótopo 12 C (carbono-12). Las masas atómicas y moleculares relativas, tal como se definen, no tienen dimensiones . Sin embargo, el nombre unidad de masa atómica unificada (u) todavía se utiliza 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:
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 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. También se puede observar 12 C 2 H 1 H 3 con una masa molecular de 17 Da.
En espectrometría de masas, la masa molecular de una molécula pequeña generalmente se informa como masa monoisotópica , es decir, la masa de la molécula que contiene solo el isótopo más común de cada elemento. Esto también se diferencia sutilmente de la masa molecular en que la elección de los isótopos está definida y, por lo tanto, se trata de una masa molecular única y específica entre 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, ya que es probable que haya una distribución estadística de los átomos que representan los isótopos en toda la molécula. Sin embargo, la masa molecular promedio de una muestra generalmente difiere sustancialmente de esta, ya que el promedio de una sola muestra no es el mismo que el promedio de muchas muestras distribuidas geográficamente.
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 una sola molécula. La técnica se basa en microscopía interferométrica de luz dispersa. [5] El contraste de la luz dispersada por un único evento de unión en la interfaz entre la solución de proteína y el portaobjetos de vidrio se detecta y es linealmente proporcional a la masa de la molécula. Esta técnica también es capaz de medir la homogeneidad de la muestra, [6] detectar el estado de oligomerización de proteínas , caracterizar conjuntos macromoleculares complejos ( ribosomas , GroEL , AAV ) e interacciones entre proteínas, como las interacciones proteína-proteína. [7] La fotometría de masas puede medir la masa molecular con precisión en un amplio rango de masas moleculares (40 kDa – 5 MDa).
En una primera aproximación, la base para la determinación de la masa molecular según las relaciones de Mark-Houwink [8] 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 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 conocida como GPC cuando el eluyente es un solvente orgánico), viscometría y espectroscopia de resonancia magnética nuclear ordenada por difusión (DOSY). [9] El tamaño hidrodinámico aparente se puede utilizar para aproximar la masa molecular utilizando una serie de estándares específicos de macromoléculas. [10] Como esto requiere calibración, con frecuencia se describe como un método de determinación de masa molecular "relativa".
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 clásica dispersión de luz estática o mediante detectores de dispersión de luz multiángulo . Las masas moleculares determinadas por este método no requieren calibración, de ahí el término "absoluta". La única medición externa requerida es el incremento del índice de refracción , que describe el cambio en el índice de refracción con la concentración.
