Prof. Bruno Fonseca

Comportamento Ácido/Base de Aminoácidos

Os aminoácidos simples constituem uma classe importante de compostos anfipróticos que contêm grupos funcionais de ácido e base fracos. Em uma solução aquosa de um aminoácido típico, como a glicina, operam três importantes equilíbrios:

O primeiro equilíbrio constitui um tipo de reação ácido/base interna e é análogo à reação que se observa entre um ácido carboxílico e uma amina:

Uma amina alifática típica possui uma constante de dissociação básica de 0,0001 a 0,00001, enquanto muitos ácidos carboxílicos têm uma constante de dissociação ácida aproximadamente da mesma grandeza. A conseqüência disso é que as duas Reações 2 e 3 se processam para a direita, com o produto ou produtos sendo as espécies predominantes na solução.

A espécie de aminoácido na Equação 1, que apresenta carga positiva e negativa, é chamada “zwitterion”. Como mostrado pelas Equações 2 e 3, o “zwitterion” da glicina é mais forte como um ácido que como uma base. Assim, uma solução aquosa de glicina é levemente ácida.

O “zwitterion” de um aminoácido, contendo uma carga positiva e uma negativa, não tem tendência a migrar em um campo elétrico, ao passo que as espécies puramente catiônicas ou aniônicas são atraídas para os eletrodos de cargas opostas. Nenhuma migração líquida de um aminoácido ocorre em um campo elétrico quando o pH do solvente é tal que as concentrações das formas aniônicas e catiônicas são idênticas. O pH no qual nenhuma migração líquida ocorre é denominado ponto isoelétrico e é uma importante constante física para a caracterização dos aminoácidos. O ponto isoelétrico é diretamente relacionado com a constante de dissociação das espécies. Assim, para a glicina,

No ponto isoelétrico,

Assim, se dividirmos Ka por Kb e substituirmos essa relação, obtemos para o ponto isoelétrico

A substituição de [OH-] por Kw/[H3O+] e o rearranjo produzem

O ponto isoelétrico para a glicina ocorre em pH 6,0, como mostrado a seguir:

Para os aminoácidos simples, Ka e Kb geralmente são tão pequenos que sua determinação por meio de neutralização direta é impossível. Contudo, a adição de aldeído fórmico remove o grupo funcional amina e deixa o ácido carboxílico disponível para ser titulado com uma base padrão. Por exemplo, com a glicina,

A curva de titulação para o produto é típica de um ácido carboxílico.

Determinação de Valores de pK para os Aminoácidos

Os aminoácidos contêm um grupo ácido e um grupo básico. Por exemplo, a estrutura da alanina é representada pela Figura 1.

O grupo amina se comporta como uma base, enquanto o grupo carboxílico atua como um ácido. Em solução aquosa, o aminoácido é uma molécula internamente ionizada, ou "zwitterion", na qual o grupo amina adquire um próton e se torna positivamente carregado, ao passo que o grupo carboxílico, tendo perdido um próton, torna-se negativamente carregado.

Os valores de pK para os aminoácidos podem ser determinados convenientemente empregando-se o procedimento geral descrito no Destaque 14-3. Uma vez que um “zwitterion” tem um caráter ácido e básico, dois pKs podem ser estipulados. O pK para a desprotonação do grupo amina protonado pode ser determinado pela adição de base, enquanto o pK para a protonação do grupo carboxílico pode ser estabelecido pela adição de um ácido. Na prática, a solução é preparada contendo uma concentração conhecida de aminoácido. Conseqüentemente, conhecemos a quantidade da base ou do ácido adicionado para alcançar a metade do caminho ao ponto de equivalência. Uma curva de pH versus volume de ácido ou base adicionado é mostrada na Figura 2. Nesse caso, a titulação se inicia no meio do gráfico (0,00 mL adicionado) e é apenas levada até a metade do volume requerido para a equivalência. Observe que nesse exemplo para a alanina, são necessários 20,00 mL de HCl para a protonação completa do grupo carboxílico. A curva à esquerda é obtida pela adição do ácido ao “zwitterion”. No volume de 10,00 mL de HCl, o pH é igual ao pKa para o grupo carboxila, 2,35.

Pela adição de NaOH ao “zwitterion”, o pK de desprotonação do grupo pode ser determinado. Agora 20,00 mL de base são necessários para a completa desprotonação. Na adição de 10,00 mL de NaOH, o pH é igual ao pKa para o grupo amina, ou seja, 9,89. Os valores de pKa para outros aminoácidos e biomoléculas mais complexas como os peptídeos e as proteínas podem com freqüência ser obtidos de maneira similar. Alguns aminoácidos têm mais de um grupo carboxílico ou amina. O ácido aspártico é um exemplo (Figura 3).

É importante observar que, em geral, os aminoácidos não podem ser quantitativamente determinados pela titulação direta porque o ponto final para a completa protonação ou desprotonação do “zwitterion” é freqüentemente difícil de ser observado. Os aminoácidos são normalmente determinados por cromatografia líquida de alta eficiência ou métodos espectroscópicos.