Y a todo esto… ¿qué es el punto isoeléctrico?

Respuesta científica rápida: Es un valor de pH en el cual una molécula tiene un número igual de cargas positivas y negativas, por lo que tiene una carga neta igual a cero.

Cada tentáculo que se mueve, cada raíz que penetra la tierra, cada telaraña que se teje, …, es gracias a la acción de una o más proteínas en las células de cada ser vivo. Hay casi tantas proteínas como reacciones químicas necesarias para la vida. Incluso hay proteínas que catalizan más de una reacción química.

Las proteínas son cadenas largas, donde cada eslabón es un aminoácido. Existen básicamente 20 eslabones diferentes (leer entonando su melodía favorita): alanina, glicina, valina, leucina, serina, treonina, metionina, isoleucina, fenilalanina, triptófano, arginina, lisina, histidina, prolina, cisteína, glutamato, aspartato, glutamina, asparagina y tirosina.

La combinación de algunos o de todos estos, en diferentes proporciones, da lugar a una infinidad de proteínas con secuencia de aminoácidos (y, por lo tanto, de estructuras y funciones) diferentes.

Los cinco protonables

De los 20 aminoácidos que forman a las proteínas, hay cinco que en condiciones fisiológicas tienen una habilidad especial: son ‘protonables’.  Esto quiere decir que una parte del aminoácido puede unirse o desprenderse de un protón (un átomo de hidrógeno que ha perdido su único electrón y que representamos así: H+). Un protón por sí mismo es una carga puntual positiva.

Los cinco protonables que encontramos normalmente en las proteínas son el aspartato (D), glutamato (E), histidina (H), arginina (R) y lisina (K) (o DEHRK, por sus códigos de una letra). Cuando el aspartato y el glutamato están protonados (tienen unido un protón), no tienen carga; por su parte, la histidina, arginina y lisina tienen una carga positiva cuando están protonadas.

¿Qué ocurre cuando los DEHRK están ahora desprotonados? El glutamato y el aspartato adquieren una carga negativa, mientras que la histidina, arginina y lisina quedan eléctricamente neutros o sin carga. En química decimos que D y E se comportan como ácidos; H, R y K, como bases (ver figura).

los-cinco

En resumen, el glutamato y el aspartato pueden contribuir con una carga negativa a las proteínas cuando están desprotonados, y la histidina, arginina y lisina confieren cargas positivas a las proteínas cuando sí están protonadas.

Si la vida te da limones, mídeles el pH

¿De qué depende que estos aminoácidos estén o no protonados? La clave está en el pH. Recordemos que el pH es una medida de qué tan ácida o básica es una sustancia. Es fácil asociar el jugo de limón o el vinagre con lo ácido. Algunos detergentes o la sosa cáustica son ejemplos de bases. En realidad, el pH nos indica cuál es la concentración de protones en una disolución acuosa.

Cuando hablamos de un pH ácido, significa que la concentración de protones es muy alta. Es en estas condiciones cuando los aminoácidos pueden estar protonados. Por el contrario, en un pH básico la concentración de protones es muy baja y los aminoácidos tienden a estar desprotonados.

Los diferentes aminoácidos no se desprotonan al mismo valor de pH y esto depende de las características químicas de cada uno. Un valor que nos sirve mucho para saber qué aminoácido se desprotona más fácil es el de pKa (léase ‘pe ka’). Los aminoácidos con un pKa bajo (entre 3-4) tienden a comportarse como el glutamato y el aspartato; es decir, se desprotonan fácilmente. Los pKa altos (entre 10-12) son característicos de aminoácidos como la lisina y la arginina, por lo que requieren un pH más alto para poder desprotonarse.

En su punto

¿Qué tiene que ver esto con el punto isoeléctrico? Imaginemos una pequeña proteína compuesta de tres glutamatos y tres lisinas, que llamaremos la ‘fulanasa’ (parientes cercanos de la ‘menganasa’ y ‘perenganasa’). Vamos a hacer un experimento donde tenemos en un vaso una disolución acuosa de nuestra proteína a un pH muy bajo (o sea, muy ácido y rico en protones). Además, tenemos un sensor que nos dice cuál es la carga neta de la proteína. Iremos agregando lentamente gotitas de una disolución básica muy concentrada, por lo que el pH incrementará gradualmente. ¿Cómo irá cambiando la carga neta de nuestra proteína a medida que suba el pH?

Como empezamos a un pH muy bajo o ácido, todos los aminoácidos estarán protonados. Es decir, los tres glutamatos serán neutros y las tres lisinas estarán positivas. Simplemente sumamos las tres cargas positivas y tenemos una carga neta de +3. Tenemos una proteína cargada positivamente.

Conforme vaya subiendo el pH, se irán desprotonando los aminoácidos. Los primeros en hacerlo serán los glutamatos (tienen un pKa bajo). Así, habrá un pH en el que tendremos a los tres glutamatos desprotonados y negativos, y las tres lisinas seguirán protonadas y positivas. Sumamos las tres cargas negativas con las tres cargas positivas y tenemos una carga neta igual a cero. Las cargas están perfectamente balanceadas.

Si seguimos aumentando el pH, las lisinas ahora sí empezarán a desprotonarse y quedarán neutras. Sumamos solo las tres cargas negativas de los glutamatos y tenemos una carga neta de -3. La proteína está cargada negativamente.

En nuestro experimento, el pH en el cual la carga neta de la proteína fue igual a cero es el punto isoeléctrico. No significa que la proteína no tenga carga, sino que existe un número igual de cargas positivas y negativas y el efecto neto es como si no tuviera carga. De hecho, si ponemos a nuestra proteína en el punto isoeléctrico bajo la acción de un campo eléctrico, las moléculas no se moverán hacia ningún polo (positivo o negativo).

Cada proteína tiene un punto isoeléctrico diferente y conocerlo es muy útil para entender su función. Además, el punto isoeléctrico nos ayuda para poder purificar una proteína en específico y estudiarla con mayor detalle (esto mediante una técnica llamada cromatografía de intercambio iónico).

El punto isoeléctrico y las noticias de ciencia

Este portal de noticias de ciencia se llama Punto Isoeléctrico porque busca ser ese punto donde aspectos contrarios estén balanceados. Queremos dar tanto los aspectos positivos como negativos de un descubrimiento científico. Estar en el punto isoeléctrico de las noticias es buscar la imparcialidad y mostrar la realidad de un avance en el conocimiento.

Queremos mostrar qué es lo que se descubrió y sobre todo cuáles son las nuevas preguntas que surgen, ya que la investigación científica es un proceso continuo que nos permite entender el universo y utilizarlo para mejorar nuestra calidad de vida.

 

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