Cálculo del punto isoeléctrico de las biomoléculas

(Asegúrate de visitar antes la página “Carga eléctrica de las biomoléculas, en función de su punto isoeléctrico y del pH”, donde se presentan los conceptos y fundamentos y puedes aprender con una autoevaluación)

Punto isoeléctrico de un aminoácido

1. Lo primero es averiguar los valores de pK_a de los grupos ionizables que tenga la molécula. (Los libros de texto tienen tablas con tales valores para los 20 aminoácidos. Ejemplo.)
2. A continuación, debemos ordenar los grupos ionizables de menor a mayor pK_a. Ese sería el orden en que se desprotonarían si hiciéramos una titulación añadiendo base.
3. Para los pH extremos y los intermedios, razonamos cuál es la carga de cada grupo ionizable (considerando la estructura química del aminoácido).
4. Sumamos para obtener la carga neta total del aminoácido en cada condición de pH .
5. El pI será siempre el valor medio entre dos valores de pK_a, aquellos que flanqueen la carga neta cero.

Advertencia: los valores que se indican para guiar el procedimiento son cargas enteras que sirven de referencia; en la realidad, las cargas son parciales pues no todas las moléculas se ionizan al mismo tiempo, la disociación es parcial y gradual según va cambiando el pH. Explicación detallada.

Ejemplo 1: valina

Val

Datos: pK_a^{(carboxilo α)} = 2.29 ; pK_a^{(amino α)} = 9.74

pH	carga del carboxilo	carga del amino	carga neta del aminoácido
	0	+1	+1
2.29
	−1	+1	0	pI = (2.29 + 9.74) /2 = 6.02
9.74
	−1	0	−1

Ejemplo 2: lisina

Lys

Datos: pK_a^{(carboxilo α)} = 2.16 ; pK_a^{(amino α)} = 9.06 ; pK_a^(R) = 10.54

pH	carga del carboxilo	carga del amino	carga del grupo R	carga neta del aminoácido
	0	+1	+1	+2
2.16
	−1	+1	+1	+1
9.06
	−1	0	+1	0	pI = (9.06 + 10.54) /2 = 9.80
10.54
	−1	0	0	−1

Ejemplo 3: histidina

Datos: pK_a^{(carboxilo α)} = 1.80 ; pK_a^{(amino α)} = 9.33 ; pK_a^(R) = 6.04

pH	carga del carboxilo	carga del amino	carga del grupo R	carga neta del aminoácido
	0	+1	+1	+2
1.80
	−1	+1	+1	+1
6.04
	−1	+1	0	0	pI = (6.04 + 9.33) /2 = 7.69
9.33
	−1	0	0	−1

Ejemplo 4: aspártico

Datos: pK_a^{(carboxilo α)} = 1.99 ; pK_a^{(amino α)} = 9.90 ; pK_a^(R) = 3.90

Complétalo tú y luego verifica si tus respuestas son correctas:

pH	carga del carboxilo	carga del amino	carga del grupo R	carga neta del aminoácido
	0	+1	0	+1
1.99
	−1	+1	0	0	pI = (1.99 + 3.91) /2
3.91
	−1	+1	−1	−1
9.90
	−1	0	−1	−2

Ejemplo 5: tirosina

Datos: pK_a^{(carboxilo α)} = 2.20 ; pK_a^{(amino α)} = 9.21 ; pK_a^(R) = 10.46

Complétalo y verifica tus respuestas:

pH	carga del carboxilo	carga del amino	carga del grupo R	carga neta del aminoácido
	0	+1	0	+1
2.20
	−1	+1	0	0	pI = (2.20 + 9.20) /2
9.20
	−1	0	0	−1
10.46
	−1	0	−1	−2

Punto isoeléctrico de un péptido

En el caso de un péptido, el número de grupos ionizables es mayor, pero el procedimiento es similar. Aunque en realidad los pK_a de los aminoácidos se modifican cuando éstos forman parte de un péptido, debido al entorno químico, no es sencillo conocer los nuevos valores de pK_a, así que para estos ejercicios seguiremos usando los pK_a de los aminoácidos individuales.

1. Debes recordar que en un péptido los grupos carboxilo y amino alfa de cada aminoácido están comprometidos en los enlaces peptídicos, por lo que ya no son ionizables. Las excepciones son el grupo amino del primer aminoácido y el grupo carboxilo del último.
2. En consecuencia, la lista de grupos ionizables que debemos preparar incluye el amino del primer residuo aminoácido, el carboxilo del último y las cadenas laterales de todos (si es que dichas cadenas tienen un grupo ionizable, lo cual no ocurre para todos los aminoácidos). Ordenaremos todos los grupos de acuerdo con su pK_a, en orden creciente.
3. Al igual que hicimos para los aminoácidos individuales, razonamos cuál es la carga de cada grupo ionizable para los pH extremos y los intermedios.
4. Sumamos para obtener la carga neta total del aminoácido en cada condición de pH.
5. El pI será el valor medio entre los dos valores de pK_a que flanqueen la carga neta cero.

Ejemplo 1: Ala–Val–Asp–Lys–Gln–Trp

pH	carga del amino	carga de Ala	carga de Val	carga de Asp	carga de Lys	carga de Gln	carga de Trp	carga del carboxilo	carga neta del péptido
	+1	0	0	0	+1	0	0	0	+2
2.46
	+1	0	0	0	+1	0	0	−1	+1
3.90
	+1	0	0	−1	+1	0	0	−1	0	pI = (3.90 + 9.87) /2 = 6.89
9.87
	0	0	0	−1	+1	0	0	−1	−1
10.54
	0	0	0	−1	0	0	0	−1	−2

Como se ve, no es necesario tener en cuenta los residuos aminoácidos cuya cadena lateral (R) no tiene grupos ionizables.

Ejemplo 2: Asp–Phe–Arg–Lys–Thr–Gly–His

pH	carga del amino	carga de Asp	carga de Arg	carga de Lys	carga de His	carga del carboxilo	carga neta del péptido
	+1	0	+1	+1	+1	0	+4
1.80
	+1	0	+1	+1	+1	−1	+3
3.90
	+1	−1	+1	+1	+1	−1	+2
6.04
	+1	−1	+1	+1	0	−1	+1
9.90
	0	−1	+1	+1	0	−1	0	pI = (9.90 + 10.54) /2 = 10.22
10.54
	0	−1	+1	0	0	−1	−1
12.48
	0	−1	0	0	0	−1	−2

Ejemplo 3: Thr–Pro–Asp–Glu–Met–Trp–Arg

Complétalo tú y luego verifica si tus respuestas son correctas:

pH	carga del amino	carga de Thr	carga de Pro	carga de Asp	carga de Glu	carga de Met	carga de Trp	carga de Arg	carga del carboxilo	carga neta del péptido
	+1	0	0	0	0	0	0	+1	0	+2
1.82
	+1	0	0	0	0	0	0	+1	−1	+1
3.90
	+1	0	0	−1	0	0	0	+1	−1	0	pI = (3.90 + 4.07) /2 = 3.99
4.07
	+1	0	0	−1	−1	0	0	+1	−1	−1
9.10
	0	0	0	−1	−1	0	0	+1	−1	−2
12.48
	0	0	0	−1	−1	0	0	0	−1	−3

Ejemplo 4: Leu–Glu–Gln–His–Val–Phe–Glu

Presta atención: este ejemplo tiene algo de especial, que no había sucedido hasta ahora.
Completa los valores y verifica si tus respuestas son correctas:

pH	carga del amino	carga de Leu	carga de Glu	carga de Gln	carga de His	carga de Val	carga de Phe	carga de Glu	carga del carboxilo	carga neta del péptido
	+1	0	0	0	+1	0	0	0	0	+2
2.10
	+1	0	0	0	+1	0	0	0	−1	+1
4.07											pI = 4.07
	+1	0	−1	0	+1	0	0	−1	−1	−1
6.04
	+1	0	−1	0	0	0	0	−1	−1	−2
9.74
	0	0	−1	0	0	0	0	−1	−1	−3