2.7 Carga elétrica e solubilidade das proteínas

(Seção 7.3). Outras proteínas importantes como o interferon e alguns hormônios também são glicoproteínas; até o colágeno contém pequenas porcentagens de açúcares covalentemente ligados. A hemoglobina, em determinadas condições, pode ligar-se à glicose, formando a hemoglobina

glicada (Seção 3.5).

Quanto às lipoproteínas, devem-se distinguir as proteínas que apresentam algumas moléculas de lipídios covalentemente ligados das lipoproteínas plasmáticas. As primeiras são proteínas conjugadas no sentido estrito, como as lipoproteínas da parede celular de certas bactérias que contêm moléculas de ácidos graxos unidos por ligações covalentes. As

lipoproteínas plasmáticas (Seção 6.2.7), por sua vez, são partículas formadas por inúmeras moléculas de lipídios e algumas poucas moléculas de proteína, associadas por ligações não covalentes. Estas partículas atuam

no transporte de lipídios pelo sangue (Seção 20.8).

2.7 Carga elétrica e solubilidade das proteínas

O valor do pI de uma proteína re ete a sua composição em aminoácidos

A carga elétrica total de uma proteína é o somatório das cargas presentes nas cadeias laterais dos aminoácidos e nos grupos amino e carboxila terminais.

Para cada proteína existe um determinado valor de pH — ponto isoelétrico (pI) — no qual a molécula é eletricamente neutra. Neste pH, o número de cargas positivas (grupos básicos protonados) equivale ao número de cargas negativas (grupos ácidos desprotonados).

O pI de proteínas, diferentemente do pI dos aminoácidos, não pode ser calculado, de modo simples, a partir dos valores de pKa dos aminoácidos componentes, devido ao seu grande número e, principalmente, porque o valor de pK a dos aminoácidos varia conforme a sua localização na estrutura

da proteína (Tabela 2.1). Programas de computador sofisticados permitem grande aproximação no cálculo do ponto isoelétrico de proteínas. O pI das proteínas é de fácil determinação experimental: é o valor de pH no qual elas

não migram, quando submetidas a um campo elétrico (Seção 2.10.2).

As proteínas exibem valores de pI que refletem a proporção entre

aminoácidos ácidos e básicos em sua composição (Tabela 2.5). Para a pepsina, por exemplo, que tem muito mais aminoácidos ácidos (28%), que aminoácidos básicos (2%), a equivalência de cargas é obtida quando a grande maioria das carboxilas dos aminoácidos ácidos está protonada (sem carga) e apenas uma pequena fração desprotonada (com carga negativa), compensando a carga positiva dos aminoácidos básicos. Esta situação é encontrada em um pH muito baixo: o pI da pepsina é igual a 1. No caso do citocromo c, cuja porcentagem de aminoácidos básicos é aproximadamente o dobro daquela de aminoácidos ácidos, o pI é o pH em que cerca da metade dos aminoácidos básicos estão desprotonados, ou seja, um pH alto: o pI do citocromo c é igual a 10,6. Proteínas com pI maior que 7 são chamadas proteínas básicas e aquelas com pI menor que 7, proteínas ácidas. As histonas são proteínas básicas, e no pH celular apresentam-se com carga positiva, o que permite sua ligação ao DNA na formação dos cromossomos.

O abaixamento de pH resulta sempre em aumento da carga positiva da proteína, por ganho efetivo de carga positiva (protonação de grupamentos básicos) ou perda de carga negativa (protonação de grupamentos ácidos); portanto, em pH menor do que o pI, a proteína apresenta uma carga líquida positiva, tanto maior quanto mais afastado do pI for o pH. Por um raciocínio análogo, conclui-se que, acima do pI, a proteína apresenta carga negativa porque grupos ácidos desprotonados adquirem carga negativa e grupos básicos desprotonados perdem carga positiva.

Tabela 2.5 Ponto isoelétrico (pI) de algumas proteínas e sua composição em

aminoácidos ácidos e básicos.

Aminoácidos (%)

Ácidos Básicos Ácidos

pI Básicos Asp Glu Arg His Lys

Pepsina 1,0 16,6 11,3 1,0 0,5 0,4 15

Albumina 4,8 10,4 17,4 6,2 3,5 12,3 1,3

Mioglobina 7,0 4,7 8,3 1,9 7,5 12,8 0,6

Citocromo c 10,6 3,6 5,9 2,2 2,5 15,2 0,5

A solubilidade das proteínas é in uenciada pela composição do meio aquoso

A solubilidade das proteínas é determinada, fundamentalmente, pela estrutura primária, que define a relação espacial entre os aminoácidos na estrutura tridimensional e sua interação com a água. Por outro lado, características do meio, tais como o pH, a concentração de sais e a constante dielétrica do solvente, interferem na solubilidade. A variação da carga líquida de uma proteína tem implicações na sua solubilidade. No pI a solubilidade é menor do que em outros valores de pH, nos quais as moléculas têm todas a mesma carga e se repelem eletrostaticamente,

estabilizando-se em solução (Figura 2.15).

As proteínas apresentam também alteração da solubilidade em função da concentração de sais. Proteínas globulares pouco solúveis em água tornam-se cada vez mais solúveis à medida que aumenta a concentração de

sal da solução (Figura 2.15), até certa concentração limitante, que depende

da proteína e do tipo de sal escolhido (trecho ascendente da curva da Figura

2.16). Este fenômeno é chamado “salting in”. Acredita-se que os íons adicionais (positivos e negativos), presentes em solução, interagem com os grupos carregados das moléculas de proteína, atenuando a interação entre elas. Deste modo, o efeito eletrostático de íons em soluções salinas diluídas é um fator adicional para o aumento da solubilidade das proteínas, além da

sua camada de solvatação5. Por outro lado, quando a concentração de sal atinge valores muito elevados, a solubilidade das proteínas diminui (trecho

descendente da curva da Figura 2.16), até sua precipitação. Este efeito, chamado “salting out”, ocorre com sais di ou trivalentes, que competem com a proteína por moléculas de água para solvatação. Em altas concentrações desses sais, ocorre uma desorganização da camada de solvatação da proteína: há tantos íons solvatados que a quantidade de água disponível torna-se insuficiente para dissolver todos os solutos. As interações proteína-proteína tornam-se mais fortes que as interações proteína-solvente, a proteína sofre agregação e precipita. Como cada proteína precipita em uma concentração salina característica (que depende da extensão da sua camada de solvatação), o salting out pode ser empregado para separar proteínas. De fato, esta técnica costuma ser a etapa inicial de processos de purificação de proteínas. O sal mais utilizado é o sulfato de amônio — (NH4)2SO4 — devido à sua alta solubilidade, que permite obter soluções muito concentradas; além disso, este sal, por razões desconhecidas, estabiliza a estrutura nativa das proteínas, possibilitando que elas precipitem sem sofrer desnaturação.

Figura 2.15 Solubilidade de uma proteína globular em função do pH, em duas concentrações de NaCl. Está assinalado o pH correspondente ao pI da proteína.