Cómo calcular el punto isoeléctrico

Por macarena cansino ; última actualización 25/09/2019

El punto isoeléctrico de los compuestos naturales es un factor importante para la preparación de soluciones y mezclas. Aquí te presento los conceptos necesarios para saber cómo calcular el punto isoeléctrico.

El punto isoeléctrico (pI) de una sustancia se puede interpretar como la concentración de iones de hidrógeno en que se ioniza igualmente como ácido y como base.

Este punto isoeléctrico también puede considerarse como el punto de “disociación mínima”, a éste nivel la conductividad será mínima.

En otras palabras, se podemos decir que el punto isoeléctrico (pI) es el nivel de pH (índice de acidez de una solución) en el que una molécula en la solución tiene carga neta igual a cero (0).

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¿Por qué es importante el punto isoeléctrico?

El concepto de punto isoeléctrico es particularmente importante para las moléculas de ion híbrido, tales como aminoácidos, péptidos y proteínas.

El punto isoeléctrico es fundamental en bioquímica como característica diferenciadora de las proteínas. Para un aminoácido, el punto isoeléctrico es el promedio de los valores de pKa para la amina y el grupo carboxilo.

En el caso de aminoácidos con múltiples grupos ionizables en solución. Por ejemplo la lisina, con dos grupos amino o ácido aspártico con dos grupos ácidos.

El punto isoeléctrico viene dado por el promedio de los dos pKa del ácido y la base. Se origina porque pierden o ganan un protón de la forma neutra del aminoácido. Esto puede extenderse a la definición de pI de péptidos y proteínas.

El valor de pI se puede usar para indicar el carácter global básico o ácido de una molécula zwitteriónica. En la página Esacademic.com puedes encontrar una descripción detallada del zwitterion.

Los compuestos con pI > 7 pueden considerarse básicos, y aquellos con pI <7 pueden considerarse ácidos.

Para moléculas complejas como las proteínas, el punto isoeléctrico es útil en la descripción del carácter ácido o básico. En este punto isoeléctrico los valores individuales de pKa no son relevantes.

Las proteínas tienen una carga neta positiva de pH de solución debajo del punto isoeléctrico; están negativamente cargadas si el pH es mayor.

El punto isoeléctrico varía en función de la composición de los aminoácidos de una proteína. Por lo tanto, la secuencia de aminoácidos de proteínas es necesaria para el cálculo de pI.

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¿Cuál es la nomenclatura de la secuencia de una proteína?

La secuencia de una proteína generalmente se identifica como una cadena de letras. La nomenclatura indica el orden de los aminoácidos desde el terminal amino al terminal carboxilo de la proteína.

Se puede usar un código de una o tres letras para representar cada aminoácido en la secuencia.

Hay 20 aminoácidos básicos que se encuentran en la naturaleza, se representan con un código de una o tres letras de la siguiente manera:

  1. Alanina (Ala, A)
  2. Arginina (Arg, R)
  3. Asparagina (Asn, N)
  4. Ácido aspártico (Asp, D)
  5. Cisteína (Cys, C)
  6. Ácido glutámico (Glu, E)
  7. Glutamina (Gln, Q)
  8. Glicina (Gly, G)
  9. Histidina (His, H)
  10. Isoleucina (Ile, I)
  11. Leucina (Leu, L)
  12. Lisina (Lys, K)
  13. Metionina (Met, M)
  14. Fenilalanina (Phe, F)
  15. Prolina (Pro, P)
  16. Serina (Ser, S)
  17. Treonina (Thr, T)
  18. Triptófano (Trp, W)
  19. Tirosina (Tyr, Y)
  20. Valina (Val, V)

El punto isoeléctrico o punto isoiónico es el pH al cual el aminoácido no migra en un campo eléctrico. Esto significa que es el pH al que el aminoácido es neutro, es decir, la forma de ion híbrido es dominante.

El pI viene dado por el promedio de los pKas que involucran el zwitterion, es decir, que le dan los límites a su existencia.

En la página Isoelectric.org encontraras una herramienta para calcular el punto Isoeléctrico de una sustancia.

Una vez dado el preámbulo teórico veamos cómo calcular el punto isoeléctrico.

¿Cómo se calcula el punto isoeléctrico de acuerdo con el compuesto?

Dentro de este campo, existen tres (3) casos que se deben considerar:

Cadenas laterales neutrales

Estos aminoácidos se caracterizan por dos pKas: pKa1 y pKa2 para el ácido carboxílico y la amina, respectivamente.

El punto isoeléctrico se obtiene como el promedio de, estos dos pKas, es decir, pI = 1/2 (pKa1 + pKa2).

Esto se aprecia más fácilmente cuando te das cuenta que a un pH muy ácido (por debajo de pKa1), el aminoácido tendrá una carga general + ve y a un pH muy básico (por encima de pKa2) el aminoácido tendrá una carga general por ve.

Para el aminoácido más simple, la glicina, pKa1 = 2.34 y pKa2 = 9.6, se obtendrá un pI = 5.97.

Los otros dos casos introducen otros grupos ionizables en la cadena lateral descrita por una tercera constante de disociación ácida, pKa3.

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Cadenas laterales ácidas

El pI estará a un pH más bajo porque la cadena lateral ácida introduce una carga negativa "extra". Por lo tanto, la forma neutra existe en condiciones más ácidas cuando el exceso de ve ha sido neutralizado.

Por ejemplo, para el ácido aspártico el cálculo del pl se muestra a continuación. La forma neutra es dominante entre pH 1.88 y 3.65, pI es el promedio entre estos dos valores, es decir pI = 1/2 (pKa1 + pKa3), entonces pI = 2.77.

Cadenas laterales básicas

El pI estará a un pH más alto porque la cadena lateral básica introduce una carga positiva "extra". Entonces la forma neutral existe bajo condiciones más básicas cuando el extra + ve ha sido neutralizado.

Por ejemplo, para histidina, la forma neutra es dominante entre pH 6.00 y 9.17, pI se calcula como un promedio, es decir pI = 1/2 (pKa2 + pKa3), entonces el pI = 7.59.