Aminoácidos: grupos ionizáveis, pKa e formas iônicas

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BCM 1 - Prof: Micheli @medbyrafap 26/08/2021
Aminoácidos 
bioquímica 
Questões Norteadoras: 
1. Quais os grupos ion izáveis dos 
aminoácidos? 
2. Definir pKa. 
3. Qual forma molecular é predominante 
quando o pH do meio é igual ao pka? E 
quando o pH < pka? E quando pH > pka? 
4. Definir ponto isoelétrico de um 
aminoácido. 
5. E s c r e v e r a s f o r m a s i ô n i c a s 
predominantes da glicina e suas cargas 
líquidas em pH 1; pH 2,34; pH 7,0; pH 
9,76 e pH 12. 
6. Qual característica encontrada nos 
aminoácidos permite que essas moléculas 
atuem como um tampão? 
7. Qual a importância bioquímica da 
ionização dos aminoácidos? 
Assunto: Ionização, pKa e eletroforese: 
- pH do meio influencia na forma do 
aminoácido pKa = vai influenciar na forma 
como esse aminoácido vai enfrentar o 
meio. Terá uma forma predominante. 
- Aminoácidos tem 2 grupos funcionais: 
amina e carboxila (grupos ionizáveis, ou 
seja, capazes de ter cargas). 
- Todos os 20 aminoácidos tem pelo menos 
2 grupos ionizáveis. Tem-se o carboxila e o 
amina em todos eles. 
- Cadeia lateral também pode se ionizar em 
alguns aminoácidos, logo alguns deles eles 
- terão 3 grupos ionizáveis. 
- Variam de 2 a 3 grupos ionizáveis. 
- A ionização depende do pH do meio e do 
pKa dos grupos ionizáveis. Para o tampão 
ser bom é preciso que o pH dele fique 
perto do pKa, ou seja, a faixa de 
tamponamento pH + 1 = faixa de 
tamponamento máxima ou pH - 1 = valor 
mínimo. 
- Se ele vai se ionizar dependendo do pH e 
do pKa, as caracteristicas do aminoácido 
pode contribuir para bons tampões. 
Qual característica essencial para 
funcionar como tampão ? 
O que um bom tampão é? 
R: ácidos ou bases fracas, logo os aminoácidos 
funcionam como base ou ácido fraco. 
• 20 Aminoácidos, os quais são as unidades 
fundamentais das proteínas (polipeptideos, 
também são formadas de aa); 
• São L- aminoácidos (esquerda); 
• Apolares (hidrofóbicos)= se tiver só C e H; 
• Polares (hidrofílicos): sem carga, carga 
negativa e carga positiva; 
• Grupo R: varia em estrutura, tamanho e 
carga elétrica, o que afeta a SOLUBILIDADE 
de cada aminoácido. Define a polaridade e o 
grau de ionização. 
• Em pH fisiológico (7,2-7,4 neutro): grupos 
estão na forma ionizada; 
• Amino, carboxila, hidrogênio e uma cadeia 
lateral (R) 
• NH2 -> NH3+ 
• COOH -> COO- 
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Características da forma zwitteriônica: 
Íons híbrido (forma Zwitteriônica), pois o pH 
do meio influencia e estimula uma auto 
protonação e desprotonação. Carga neutra, 
pois o + (mais) com o - (menos) anula. 
O que são ácidos e bases de acordo 
com Bronsted-Lowry? 
Ácidos = doam prótons se tornando base 
conjugada; 
Bases = recebem prótons se tornando ácido 
conjugado. 
OBS = hora podem doar, hora podem receber. 
O que é o Ka de um ácido? Qual 
a relação entre essa constante e a 
força do ácido? 
Ka = constante de acidez, a relação é que 
quanto maior Ka maior é a tendência de 
liberar H+, ou seja mais forte é o ácido. E, 
consequentemente, pH mais ácido (↓). 
Ka baixo, mais fraco é o ácido, menor a 
tendencia de liberar H+ e, assim, menos ácido 
é o meio, porém ainda sim ácido. 
E o pKa? O que significa esse 
valor e qual a relação entre o pKa 
de uma grupo ionizável e o pH do 
meio em ele se encontra? 
R: pKa = é a constante de acidez expressa 
pelo logaritmo negativo do Ka. pKa = - log Ka 
pKa informa a força do ácido, ou seja, se é 
forte ou fraco; 
O pKa é o valor de pH onde se tem 50% 
protonado (ácido) e 50% desprotonado (base 
conjugada). 
Um valor de pKa mais baixo indica um ácido 
mais forte. Ou seja, o valor mais baixo indica 
que o ácido se dissocia mais completamente 
na água. 
↑Ka, mais forte é o ácido,↓pKa 
↓Ka, mais fraco é o ácido, ↑ pKa 
Exemplo: 
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Ácido acético Ka = 0,000176, pKa = 4,8 
HCl Ka = 10 milhões, pKa = -7 
Logo, percebe-se que o HCl é um ácido forte 
e o ác. acético é um ácido fraco, pois seu pKa 
é maior que o Ka. 
Aminoácidos são anfóteros (moléculas 
anfipróticas), ou seja, atuam como ácidos ou 
bases. Sendo assim, um bom tampão biológico. 
Grupo amino (NH3+) e grupo carboxila (COO-), 
podem sofrer protonações e desprotonações 
reversíveis, comportando-se como ácidos e 
bases fracos. 
• NH2 = base 
• COO- = ácido 
• Recebeu H+ = está protonado 
• Perdeu seu H+ = está desprotonado 
Depende do pH do meio e do pKa dos grupos 
ionizados para saber se esta neutro, 
protonado ou desprotonado. 
NH2 = base, pKa = alto 9,02-9,86 
COOH = ácido, pKa = baixo 1,8-2,84 
1 = Ácido 7= neutro 12 = alcalino 
"B" ao ser colocado no meio ácido agiu como 
base em "A", ou seja, recebeu H+ (protonado) 
no carboxila, devido ao pKa1 da carboxila = 
2,34. É base e ácido conjugado, já que faz o 
processo inverso. 
A carboxila do meio “A” protonou (+1). 
“B” ao ser colocado no meio alcalino agiu como 
ácido no meio “C”, ou seja, doou H+ 
(desprotonou) do próton amino para o meio, o 
qual estava com pouco H+ (alcalino). É um ácido 
e uma base conjugada, já que faz o processo 
inverso. 
pH < pKa's = protonada (carga +1); 
caráter básico (pois recebe) 
pH > pKa's = desprotonada (carga -1); 
caráter ácido (pois doa) 
pH = pKa1 (2,34) = em relação ao COO- 
50% na forma A (protonada) e 
50% na forma B (desprotonada) 
pH = pKa2 (9,6) = em relação ao NH3+ 
50% forma B (protonada) e 
50% forma C (desprotonada) 
Conclusão: 
- Em meio ácido, os aminoácidos estão 
protonados (carga +1 ) . A forma 
zwitteriônica se comporta como base 
(recebe H+ no COO-); 
- Em meio neutro (pH fisiológico), o 
aminoácido se apresenta como um íon 
dipolar (neutro) de carga 0; 
- Em meio alcalino, os aminoácidos estão 
desprotonados (carga -1). A forma 
zwitteriônica se comporta como ácido 
(doa/perde H+ no NH3+). 
- Quem determina a forma predominante 
(protonada, desprotonada ou zwitteriônica) 
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do aminoácido é o pH do meio e os pKa’s 
dos aminoácidos. 
- Quanto mais próximo o pH do tampão 
estiver do pKa, melhor a capacidade 
tamponante da solução tampão, ou seja, 
ele poderá resistir a variações no pH.. 
- pKa influencia em quantas faixas tampões 
OBS: 
Ionização da Glicina: 
Curva de titulação de aminoácidos 
(glicina): 
Pegaram os aminoácidos e colocaram eles 
numa solução acida para ser titularizados. 
Coloca a solução no erlenmeyer e em cima 
coloca a bureta com uma base. Aa e pH acido 
no pote e base na bureta, ou seja, colocou 
b a se n o me i o á c i d o p a r a v e r o 
comportamento do aa. Assim, viram que ele 
poderia sem um tampão. A curva passou a 
apresentar estágios distintos, revelando os 
pKas dos grupos ionizáveis, as regiões com 
poder de tamponamento e o pI. Tem 2 
regiões de tamponamento, ou seja, precisa 
ser perto, no máximo uma unidade pra cima 
dos pKas ou uma unidade para baixo. 
Antes de por base o pH era ácido e quando 
foi colocando a base o pH foi subindo, ou seja, 
ficando menos ácido. Antes de chegar no 
ponto 1 o meio está BEM ácido e está abaixo 
do pKa 1, logo a forma protonada esta 
dominando (pois não precisa doar H+). No 
ponto 1 esta o Pka da carboxila = 2,34. É 
nesse ponto 1 onde está 50% da carboxila A 
(protonado) e 50% B (desprotonado). 
Ainda adicionando base no meio, depois que 
passa o pKa 1 da carboxila se tem mais 
quantidade na forma desprotonada, pois esta 
aumentando o pH levando ao neutro. Quando 
chega no ponto 2, chega-se no pI = ponto 
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isoelétrico (pH onde eu tenho predominando o 
aminoácido na sua forma 100 % neutra = 
5,97). Depois que passa do ponto 2, ainda 
adicionando base, chega no ponto 3, onde o 
pKa do grupo amino é 9,6, vai se ter nesse 
pH 50% na forma B (protonado) e 50% na 
forma C (desprotonado), desprotonando o 
grupo amina. Depois que passar o ponto 3 
terá 100% na forma desprotonada. 
Obs: 
- Estudar a dissociação dos prótons de uma 
aminoácido em solução observando-se a 
variaçãodo pH do meio; 
- A curva de titulação corresponde a 
representação gráfica do comportamento 
anfótero dos aminoácidos e evidencia a 
atuação deles como tampões; 
- À medida que a base é adicionada, a curva 
passa a apresentar estágio distintos, 
revelando os pKas dos grupos ionizáveis, 
as regidos com poder de tamponamento e 
o pI (ponto isoelétrico). 
pI (ponto isoelétrico)= pH no qual a carga 
elétrica = 0 (zwitteríon) 
Glutanato: 
Tem 3 grupos disponíveis (amino, carboxila e 
carboxila na cadeia lateral). 
• pKa 1 = da carboxila do carbono α 
• pKR = pKa da carboxila lateral 
• pK2 = amino 
Abaixo do pK1 = protonada (carboxila e a 
cadeia lateral) pKa = 2,19. No pKR = 4,25 da 
carboxila lateral, metade da carboxila do 
lateral protonada e metade desprotonada. 
pK2 = amino metade protona e metade 
desprotonada. pI para 3 usa-se o pK1 + o pKR 
e divide por 2. Encontra a carga 0 e a carga 
+1. pI = 3,22. 
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Obs: utiliza-se os pKas imediatamente anterior 
e posterior a forma neutra, pois quer 
determinar o pH onde a carga é zero, por 
isso, usa-se o pK1 + pKR = pI 
 
Histidina: 
pI pega o que está antes do neutro e depois, 
logo o pI é o pKr + pK2 
Eletroforese: 
Método que vc pode usar para separar as 
proteínas, ou seja, pode ser separada pelo 
peso ou pela carga elétrica quando submetidas 
a um campo elétrico. 
Você aplica uma correntes elétrica, se o 
aminoácido possuir carga positiva (protonado) 
ele vai migrar para o lado negativo, e os 
aminoácido negativos (desprotonado) vão em 
direção ao polo positivo. Já os aminoácidos que 
estão neutros ficam no local de origem. 
• Por carga = vai em direção a carga oposta 
• Por peso = mais pesado fica mais em cima 
e o mais leve desce. 
Técnica focalização isoelétrico: 
- Usa-se o ponto isoeletrico = pI 
- Coloca-se uma mistura de proteínas numa 
fita de gel e aplica-se uma corrente 
elétrica. A proteína começa a migrar 
nessa fita que possui um gradiente de pH 
imobilizado. Assim, quando a proteína 
encontra o pH equivalente ao seu pI ela 
fica neutra e para. Ou seja, quando seu pH 
equivale ao pI é no ponto 0. 
Focalização isoelétrica: 
Junta a de focalização com a eletroforese, 
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pega a fita de gel, onde separou os 
aminoácidos por pontos elétricos e acoplo ele 
na cuba onde aplica a carga elétrica do polo 
negativo pro polo positivo, dai os aminoácidos 
vão correr no gel e então os separa em 
cargas positivas e negativas. 
Sabendo-se que o pI para a glicina é 6,1, para 
qual eletrodo, positivo ou negativo, a glicina 
migrará quando submetida a um campo 
elétrico em pH 2,35? 
R: 
Onde na curva? 
pH = 2,35 
Π = 6,1 pH = 0 
Migra para o positivo, pois ele é negativo pq?