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Curvas de titulación de los aminoácidos. Conceptos de
pK, pI. Capacidad tampón.
Debido a que los aas contienen
grupos ionizables, la forma iónica
predominante de estas moléculas en
disolución depende del pH. Esto va les va a
proporcionar a los aas unas propiedades
acido-base que condicionaran a las
propiedades acido-base de las proteínas.
La TITULACIÓN o valoración de un aa muestra el efecto del pH sobre su
estructura. La titilación también es una herramienta útil para determinar la
reactividad de las cadenas laterales de los aas.
Vamos a explicarlo con un ejemplo:
La alanina, que es un aa sencillo y que tiene dos grupos titulables. Durante la
titulación con una base fuerte, como NaOH, la alanina pierde dos H+ de forma
escalonadas. Por otro lado, en una solución muy ácida, por ejemplo a pH 1, casi
todas las moléculas de alanina se encuentran de la forma en la que el grupo
carboxilo no está cargado. En estas circunstancias la carga neta de la molécula es +1
ya que el grupo amonio esta protonado (NH4+). Si se reduce la concentración de
H+, el grupo carboxilo pierde su protón y se trasforma en un grupo carboxilato
(coo-) con carga negativa. (En un ac poliprótico los 1º protones que se pierden son
los del grupo con el pKa menor).
El pKa es la fuerza que tienen las moléculas de disociarse. Éste nos permite ver de
una manera sencilla los cambios asociados a variaciones grandes de Ka. Valores
pequeños de pKa equivalen a valores grandes de Ka (constante de disociación) y, a
medida que el pKa decrece, la fortaleza del ácido aumenta.
Un ácido será más fuerte cuanto menor es su pKa y en una base ocurre al revés, que
es más fuerte cuanto mayor es su pKa.
Esas constantes de disociación no son fijas, dependen de otras variables. Por
ejemplo, la constante de disociación cambia a temperaturas diferentes. Sin
embargo, mantiene su valor a la misma temperatura, ante cambios de la
concentración de alguna de las especies o incluso ante la acción de un catalizador.
Volviendo al ejemplo, una vez que el grupo carboxilo ha perdido su protón, la
alanina no tiene carga neta y es eléctricamente neutral. El pH al que se produce esto
se denomina PUNTO ISOELÉCTRICO (pI)
PUNTO ISOELÉCTRICO (pI) es el valor del pH en el que una proteína no tiene
carga neta.
El valor pI se calcula haciendo la media aritmética de los valores de pKa entre
los que se encuentra la forma neutra (carga neta 0)
La carga neta es la suma algebraica de todos los grupos con carga presentes.
Para ver en un ejemplo todas estas propiedades vamos a estudiar el
comportamiento de la alanina en función del pH.
El pI de la alanina puede calculase de la siguiente manera, sabiendo que los valores
de pK1 y pK2 de la alanina son respectivamente, 2.34 y 9.7 :
Siguiendo en la valoración, el grupo amonio pierde su protón, dejando el
grupo amino sin carga. Entonces la molécula tiene una carga enta negativa debida al
grupo carboxilato (coo-).
Los aas con cadenas laterales ionizables tienen curvas de titulación más
complejas debido a la presencia de 3 fases que corresponden a cada uno de los
grupos con capacidad de ceder protón.
Un ejemplo de esto es el acido glutámico el cual tiene un grupo carboxilo en
la cadena lateral. A pH bajo, el acido glutámico tiene una carga neta de +1. Al añadir
la base, el grupo carboxilo α pierde un h+ para transformarse en un grupo
carboxilato (coo-). El glutamato ahora no tiene carga neta.
Conforme se añade más base el segundo grupo carboxilo pierde un protón y
la molécula tiene una carga de -1.
La adicción de más base hace que el ion amonio pierda su protón. En ese
punto, el glutamato tiene una carga neta de -2.
El valor de pI del glutamato es el del pH que se encuentra entre los valores
de pKa de los dos grupos carboxilo.
INFORMACIÓN QUE NOS APORTAN LAS CURVAS DE VALORACIÓN:
1.- proporciona la medida del pKa de cada uno de los grupos que se ioniza.
2.- nos informa de las regiones del pH donde el aminoácido es un buen
tampón.
3.- nos informa de la relación que existe entre la carga neta del aa y el pH de
la disolución (es el punto isoeléctrico)
4.- A cualquier valor de pH mayor que el pI el aa posee carga neta negativa y
se desplazara hasta el electrodo + (ánodo) en un campo eléctrico. A pH inferior al pI
el aa tendrá carga neta – y se desplazara hacia el polo – (cátodo) en un campo
eléctrico.
5.- El pI se calcula haciendo la media aritmética del valor de los dos pK.
Cuando incorporamos un aa a un polipéptido los grupos amino-α y carboxiloα pierden sus cargas. En consecuencia, excepto los residuos terminales N y C todos
los grupos ionizables de las proteínas son los grupos de las cadenas de 7 aas
Histidina, Lisina, Arginina, Aspartato, Glutamato, Cisteína y Tirosina. Es importante
resaltar que los valores de pKa de estos grupos difieren de los diferentes aas libres.
Los valores de pKa de grupos R individuales son afectados por sus posiciones
dentro de los ambientes proteicos.