Punto isoelettrico: zwitterione, esempi

Il punto isoelettrico è il pH al quale l’amminoacido non migra in un campo elettrico ovvero quando la forma zwitterionica è dominante
Gli amminoacidi sono una classe di composti organici anfoteri: essi infatti contengono nella loro molecola almeno un gruppo carbossilico acido -COOH e almeno un gruppo amminico basico -NH₂ che negli amminoacidi naturali si trova in posizione α rispetto al carbossile. Quindi possiamo così schematizzare il tipo più semplice: H₂N-R-COOH

Allo stato solido gli amminoacidi si presentano come sostanze cristalline che si decompongono solo alle alte temperature, insolubili nei solventi non polari e molto solubili in acqua, dotate di momento dipolare, per cui le loro soluzioni presentano alta costante dielettrica. Tutte queste proprietà fanno prevedere che la struttura degli amminoacidi solidi sia simile a quella di un sale inorganico: è  dimostrato infatti che la loro struttura è quella di uno ione dipolare (zwitterione): ⁺H₃N-R-COO^– che presenta una carica netta uguale a zero e pertanto non dà migrazione elettroforetica.

Zwitterione

La carica netta presente in una molecola anfolitica, come quella di un amminoacido, è influenzata dal pH: si definisce punto isoelettrico il valore di pH al quale l’amminoacido esiste solo nella forma zwitterionica.

Per un amminoacido che presenta solo un gruppo carbossilico e solo un gruppo amminico il punto isoelettronico è determinato considerando:

• la tendenza del gruppo amminico protonato a deprotonarsi
• il gruppo carbossilico deprotonato ad acquistarne uno.

Per un amminoacido contenente solo un gruppo –COOH e un gruppo –NH₂ come, ad esempio, la glicina caratterizzato da una pK_a1 e una pK_a2 relative all’acido carbossilico e al gruppo amminico, il punto isoelettrico è dato dalla semisomma delle due costanti:

pI = pK_a1 + pK_a2 /2

Esempi

Ad esempio per la glicina che ha pK_a1 e  pK_a2 rispettivamente pari a 2.34 e 9.6 il punto isolelettrico è dato da 2.34 + 9.6/2= 5.97

Nel caso in cui la catena R presenti un ulteriore gruppo acido  ionizzabile, come nel caso dell’acido aspartico, vi è una terza costante di dissociazione pK_a3.

I valori delle pK_a sono rispettivamente pK_a1 = 1.88 relativa al gruppo carbossilico legato al carbonio in α, pK_a2 = 9.60 relativa al gruppo amminico e pK_a3 = 3.65 relativa al gruppo carbossilico legato alla catena laterale.

La forma neutra dell’acido aspartico si trova a un pH compreso tra 1.88 e 3.65

Il punto isoelettrico dell’acido aspartico è dato dalla semisomma di pK_a2 e pK_a3 ovvero è dato da 1.88 + 3.65/2= 2.77

Nel caso in cui la catena R presenti un ulteriore gruppo basico ionizzabile, come nel caso dell’istidina che presenta i seguenti valori di pK_a: pKa₁ = 1.77, pKa₂ = 6.10 e  pKa₃ =9.18 essa presenterà una forma neutra tra un pH compreso tra 6.10 e 9.18.

Il punto isoelettrico è dato quindi dalla semisomma tra i valori di pK_a2 e pK_a3 ovvero è dato da: 6.10 + 9.18 /2 = 7.64