Masse moléculaire

La masse moléculaire ( m ) est la masse d’une molécule donnée : elle se mesure en daltons (Da ou u). ^{[1] [2]} Différentes molécules du même composé peuvent avoir des masses moléculaires différentes car elles contiennent différents isotopes d’un élément. La masse moléculaire relative de la quantité associée, telle que définie par l’ IUPAC , est le rapport de la masse d’une molécule à l’ Unité de masse atomique unifiée (également appelée dalton) et est sans unité. La masse moléculaire et la masse moléculaire relative sont distinctes mais liées à la masse molaire . La masse molaire est définie comme la masse d’une substance donnée divisée par la quantité d’une substanceet est exprimé en g/mol. La masse molaire est généralement le chiffre le plus approprié lorsqu’il s’agit de quantités macroscopiques (pesables) d’une substance.

La définition du poids moléculaire est le plus autoritairement synonyme de masse moléculaire relative; cependant, dans la pratique courante, il est très variable. Lorsque le poids moléculaire est utilisé avec les unités Da ou u, il s’agit souvent d’une moyenne pondérée similaire à la masse molaire mais avec des unités différentes. En biologie moléculaire, la masse des macromolécules est appelée leur poids moléculaire et s’exprime en kDa, bien que la valeur numérique soit souvent approximative et représentative d’une moyenne.

Les termes masse moléculaire , poids moléculaire et masse molaire sont souvent utilisés de manière interchangeable dans les domaines scientifiques où il est inutile de les distinguer. Dans d’autres domaines de la science, la distinction est cruciale. La masse moléculaire est plus couramment utilisée lorsqu’il s’agit de la masse d’une molécule unique ou spécifique bien définie et moins couramment que le poids moléculaire lorsqu’il s’agit d’une moyenne pondérée d’un échantillon. Avant la redéfinition des unités de base SI en 2019les quantités exprimées en daltons (Da ou u) étaient par définition numériquement équivalentes à des quantités par ailleurs identiques exprimées en unités g/mol et étaient donc strictement interchangeables numériquement. Après la redéfinition des unités du 20 mai 2019, cette relation n’est plus que presque équivalente.

La masse moléculaire des molécules de taille petite à moyenne, mesurée par spectrométrie de masse, peut être utilisée pour déterminer la composition des éléments dans la molécule. Les masses moléculaires des macromolécules, telles que les protéines, peuvent également être déterminées par spectrométrie de masse ; cependant, des méthodes basées sur la viscosité et la diffusion de la lumière sont également utilisées pour déterminer la masse moléculaire lorsque les données cristallographiques ou spectrométriques de masse ne sont pas disponibles.

Calcul

Les masses moléculaires sont calculées à partir des masses atomiques de chaque nucléide présent dans la molécule, tandis que les masses moléculaires relatives sont calculées à partir des poids atomiques standard ^[3] de chaque élément . Le poids atomique standard tient compte de la distribution isotopique de l’élément dans un échantillon donné (généralement supposée “normale”). Par exemple, l’eau a une masse moléculaire relative de 18,0153(3), mais les molécules d’eau individuelles ont des masses moléculaires comprises entre 18,010 564 6863(15) Da ( ¹ H₂¹⁶ O) et 22.027 7364(9) Da ( ² H₂¹⁸ O).

Les masses atomiques et moléculaires sont généralement rapportées en daltons qui est défini par rapport à la masse de l’ isotope ¹² C (carbone 12). Les valeurs relatives de masse atomique et moléculaire telles que définies sont sans dimension . Cependant, “l’unité” Dalton est toujours utilisée dans la pratique courante. Par exemple, la masse moléculaire relative et la masse moléculaire du méthane , dont la formule moléculaire est CH ₄ , sont calculées respectivement comme suit :

Masse moléculaire relative du CH 4
Poids atomique standard	Numéro	Poids moléculaire total (sans dimension)
C	12.011	1	12.011
H	1.008	4	4.032
CH 4	16.043
Masse moléculaire de 12 C 1 H 4
Masse nucléide	Numéro	Masse moléculaire totale (Da ou u)
12C _	12h00	1	12h00
1H _	1.007825	4	4.0313
CH 4	16.0313

L’incertitude de la masse moléculaire reflète la variance (erreur) de la mesure et non la variance naturelle des abondances isotopiques à travers le monde. En spectrométrie de masse à haute résolution , les isotopomères de masse ¹² C ¹ H ₄ et ¹³ C ¹ H ₄ sont observés comme des molécules distinctes, avec des masses moléculaires d’environ 16,031 Da et 17,035 Da, respectivement. L’intensité des pics de spectrométrie de masse est proportionnelle aux abondances isotopiques dans les espèces moléculaires. ¹² C ² H ¹ H ₃ peut également être observé avec une masse moléculaire de 17 Da.

Détermination

Spectrométrie de masse

En spectrométrie de masse, la masse moléculaire d’une petite molécule est généralement rapportée comme la masse monoisotopique , c’est-à-dire la masse de la molécule contenant uniquement l’isotope le plus courant de chaque élément. Notez que cela diffère également subtilement de la masse moléculaire en ce que le choix des isotopes est défini et constitue donc une seule masse moléculaire spécifique parmi les nombreuses possibilités. Les masses utilisées pour calculer la masse moléculaire monoisotopique se trouvent sur un tableau de masses isotopiques et ne se trouvent pas sur un tableau périodique typique. La masse moléculaire moyenne est souvent utilisée pour les molécules plus grosses car il est peu probable que les molécules contenant de nombreux atomes soient composées exclusivement de l’isotope le plus abondant de chaque élément. Une masse moléculaire moyenne théorique peut être calculée en utilisant les masses atomiques standardtrouvé sur un tableau périodique typique, car il est probable qu’il y ait une distribution statistique des atomes représentant les isotopes dans toute la molécule. La masse moléculaire moyenne d’un échantillon, cependant, diffère généralement sensiblement de celle-ci, car la moyenne d’un seul échantillon n’est pas la même que la moyenne de nombreux échantillons répartis géographiquement.

Photométrie de masse

La photométrie de masse (MP) est une méthode rapide, en solution et sans étiquette pour obtenir la masse moléculaire des protéines, des lipides, des sucres et des acides nucléiques au niveau de la molécule unique. La technique est basée sur la microscopie interférométrique à lumière diffusée. ^[4] Le contraste de la lumière diffusée par un seul événement de liaison à l’interface entre la solution protéique et la lame de verre est détecté et est linéairement proportionnel à la masse de la molécule. Cette technique est également capable de mesurer l’homogénéité des échantillons, ^[5] de détecter l’ état d’ Oligomérisation des protéines , de caractériser des assemblages macromoléculaires complexes ( Ribosomes , GroEL , AAV ) et des interactions protéiques telles que les interactions protéine-protéine.^[6] La photométrie de masse peut mesurer la masse moléculaire avec précision sur une large gamme de masses moléculaires (40kDa – 5MDa).

Méthodes hydrodynamiques

En première approximation, la base de la détermination de la masse moléculaire selon les relations de Mark-Houwink ^[7] est le fait que la viscosité intrinsèque des solutions (ou suspensions ) de macromolécules dépend de la proportion volumétrique des particules dispersées dans un solvant particulier. Plus précisément, la taille hydrodynamique par rapport à la masse moléculaire dépend d’un facteur de conversion, décrivant la forme d’une molécule particulière. Cela permet de décrire la masse moléculaire apparente à partir d’une gamme de techniques sensibles aux effets hydrodynamiques, y compris DLS , SEC (également appelée GPC lorsque l’éluant est un solvant organique), viscosimétrie, et spectroscopie par résonance magnétique nucléaire ordonnée par diffusion (DOSY). ^[8] La taille hydrodynamique apparente peut ensuite être utilisée pour approximer la masse moléculaire en utilisant une série de normes spécifiques aux macromolécules. ^[9] Comme cela nécessite un étalonnage, il est souvent décrit comme une méthode de détermination de la masse moléculaire “relative”.

Diffusion statique de la lumière

Il est également possible de déterminer la masse moléculaire absolue directement à partir de la diffusion de la lumière, traditionnellement en utilisant la méthode de Zimm . Cela peut être accompli soit via une diffusion de lumière statique classique, soit via des détecteurs de diffusion de lumière multi-angles . Les masses moléculaires déterminées par cette méthode ne nécessitent pas d’étalonnage, d’où le terme “absolu”. La seule mesure externe requise est l’incrément d’indice de réfraction , qui décrit le changement d’indice de réfraction avec la concentration.

Voir également

• Poids atomique standard
• Nombre de masse
• Masse molaire absolue
• Méthode Dumas de détermination du poids moléculaire
• Distribution de la masse molaire
• Daltons (unité)
• FDS-PAGE

Références

1. ^ Bureau international des poids et mesures (2006), Le système international d’unités (SI) (PDF) (8e éd.), p. 126, ISBN 92-822-2213-6, archivé (PDF) de l’original le 04/06/2021 , récupéré le 16/12/2021
2. ^ Mohr, Peter J.; Taylor, Barry N.; Newell, David B. (2011). “CODATA Valeurs Recommandées des Constantes Physiques Fondamentales : 2010” . Base de données développée par J. Baker, M. Douma et S. Kotochigova. Institut national des normes et de la technologie , Gaithersburg, MD 20899.
3. ^ “Poids atomiques et compositions isotopiques pour tous les éléments” . NIST . Récupéré le 14/10/2007 .
4. ^ Jeune et al. (2018). Imagerie quantitative de macromolécules biologiques uniques. Sciences 360, 423-427. DOI : https://doi.org/10.1126/science.aar5839
5. ^ Sonn-Segev, A., Belacic, K., Bodrug, T. et al. Quantification de l’hétérogénéité des machines macromoléculaires par photométrie de masse. Nat Commun 11, 1772 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-15642-w
6. ^ Soltermman et al. Quantification des interactions protéine-protéine par comptage moléculaire à l’aide de la photométrie de masse. Angew. Chem Int Ed, 2020, 59(27), 10774-10779
7. ^ Paul, Hiemenz C. et Lodge P. Timothy. Chimie des polymères. Deuxième éd. Boca Raton : CRC P, 2007. 336, 338–339.
8. ^ Johnson Jr., CS (1999). « Spectroscopie par résonance magnétique nucléaire ordonnée par diffusion : principes et applications ». Progrès de la spectroscopie par résonance magnétique nucléaire . 34 (3–4) : 203–256. doi : 10.1016/S0079-6565(99)00003-5 .
9. ^ Neufeld, R.; En ligneStalke, D. (2015). “Détermination précise du poids moléculaire de petites molécules via DOSY-NMR en utilisant des courbes d’étalonnage externes avec des coefficients de diffusion normalisés” (PDF) . Chim. Sci. 6 (6): 3354–3364. doi : 10.1039/C5SC00670H . PMC 5656982 . PMID 29142693 .

Liens externes

• Une application Android gratuite pour le calcul du poids moléculaire et réciproque de toute formule chimique
• Stoechiometry Add-In pour Microsoft Excel pour le calcul des poids moléculaires, des coefficients de réaction et de la stoechiométrie.

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