Bioquímica Básica
2.2 Ionização dos aminoácidos
Figura 2.2 Isômeros L e D da alanina, em duas representações moleculares diferentes. A linha pontilhada indica o plano de um espelho.
2.2 Ionização dos aminoácidos
Dependendo do pH do meio, os aminoácidos podem existir nas formas seguintes:
Como se deduz pelos valores de seus pK (Tabela 2.1), em soluções a muito ácidas, os dois grupos apresentam-se protonados (a); em soluções muito alcalinas, ambos apresentam-se desprotonados (c); e, em soluções neutras ou na forma cristalina, o aminoácido apresenta-se como um íon dipolar (b).
A conversão entre as formas a, b e c em função do pH do meio é refletida na curva de titulação do aminoácido. Quando o aminoácido tem apenas dois grupos ionizáveis, como a alanina, a sua curva de titulação
(Figura 2.3) assemelha-se à composição das curvas de titulação de dois ácidos fracos com valores de pKa muito diferentes, como, por exemplo, um
ácido carboxílico e uma amina primária (Seção 1.3). Esta semelhança é resultado da presença do grupo carboxila e do grupo amino na mesma molécula. As duas regiões de tamponamento observadas na curva correspondem à ionização do grupo carboxila (conversão da forma a em b) e do grupo amino (conversão de b em c), com valores de pKa de 2,35 e 9,87, respectivamente.
Outros aminoácidos monoamínicos e monocarboxílicos apresentam curvas de titulação similares, apenas variando a região de pH em que se dá o tamponamento. A curva de titulação de aminoácidos com cadeias laterais ionizáveis apresenta uma terceira região de tamponamento, correspondente ao seu terceiro pKa. Isto ocorre com os aminoácidos ácidos, básicos, cisteína e tirosina.
Figura 2.3 Curva de titulação da alanina e esquema de suas formas iônicas a, b, c.
Ponto isoelétrico é um valor de pH
A carga elétrica total da molécula de um aminoácido resulta da soma algébrica das cargas apresentadas pelos seus grupos ionizáveis, as quais, por sua vez, dependem dos valores de seus pK a e do pH do meio.
A curva de titulação de um aminoácido monoamínico e
monocarboxílico, representada na Figura 2.3, inicia-se em pH muito baixo, menor do que o pKa do grupo carboxila. Nesta situação, tanto a carboxila quanto o grupo amino estarão protonados, o que confere à maioria das moléculas do aminoácido uma carga líquida positiva (forma a). À medida que se adiciona álcali, o valor do pH sobe gradativamente, aumentando a dissociação do grupo carboxila e, consequentemente, a concentração da forma com uma carga negativa e uma positiva, a forma eletricamente neutra (forma b). Prosseguindo a adição de álcali, o valor do pH continua aumentando, promovendo a dissociação do grupo amino e o aumento da concentração da forma com carga negativa (forma c).
A forma eletricamente neutra (forma b) predomina nos valores de pH acima do pK a do grupo carboxila e abaixo do pKa do grupo amino e é mais abundante no pH equidistante dos dois valores de pKa. Neste pH, há quantidades extremamente pequenas, mas iguais, da forma a (com carga positiva) e c (com carga negativa), ou seja, há perfeita compensação isoelétrica. Este valor de pH é definido como ponto isoelétrico (pI) do aminoácido. No pH equivalente ao pI, os aminoácidos comportam-se como moléculas neutras: não migram quando submetidos a um campo elétrico
(Seção 2.10.2).
Os aminoácidos monoamínicos e dicarboxílicos (aspartato e glutamato) possuem um grupamento que pode apresentar carga positiva e dois grupamentos que podem apresentar carga negativa. Neste caso, a forma com carga líquida igual a zero será obtida quando um dos grupos carboxila estiver protonado (sem carga) e o outro desprotonado (com carga negativa): a carga negativa do grupo carboxila desprotonado será compensada pela carga positiva do grupamento amino protonado. O pH em que esta é a situação da enorme maioria das moléculas equidista dos valores de pKa das duas carboxilas.
Por um raciocínio análogo, para os aminoácidos com um grupo carboxila e dois grupos que podem apresentar carga positiva (lisina, histidina e arginina), a forma eletricamente neutra será mais abundante em um valor de pH equidistante dos valores de pK dos dois grupamentos a básicos do aminoácido.
Generalizando, o pH em que a forma eletricamente neutra do aminoácido é mais abundante, o ponto isoelétrico (pI) é a média aritmética de dois valores de pKa:
Os valores de pK e pK a serem considerados no cálculo do pI a1 a2
dependem do aminoácido. Para os que não contêm grupamentos ionizáveis na cadeia lateral, utilizam-se os valores de pKa dos grupos amino e carboxila; para aminoácidos com três grupamentos ionizáveis, usam-se os valores de pK a dos grupos com mesmo sinal de carga. A única exceção a esta regra é a tirosina, que apresenta valores de pKa iguais a 2,20 (carboxila), 9,21 (amino) e 10,46 (fenólico). O grupo fenólico apresentará carga negativa em valores de pH maiores do que o pK do grupo amino, e o a ponto isoelétrico é a média entre o pK a do grupo carboxila e o do grupo amino.