📚 Parte della guida Impara la chimica › Biochimica
Biochimica
Le molecole della vita e i processi biochimici, con uno sguardo a cosmetica e biocidi.
In sintesi
- È la media dei due pKa che racchiudono la forma a carica netta zero.
- Che può comportarsi sia da acido sia da base a seconda del pH: a pH basso è protonato (positivo), a pH alto è deprotonato (negativo).
- È la forma dell’amminoacido con il carbossile deprotonato (−1) e l’amminico protonato (+1) contemporaneamente: ha carica netta nulla ma due cariche separate.
- Perché a carica netta nulla le molecole non si respingono elettrostaticamente e tendono ad aggregarsi.
Gli amminoacidi sono molecole anfotere: la loro carica dipende dal pH. Il punto isoelettrico (pI) è il pH a cui la carica netta è nulla, e si ricava dai valori di pKa dei gruppi ionizzabili. Questi sei esercizi svolti mostrano come calcolare il pI di amminoacidi neutri, acidi e basici, come ricavare la carica netta a un dato pH con l’equazione di Henderson-Hasselbalch e come prevedere la migrazione elettroforetica.
Esercizio 1 — pI di un amminoacido neutro
Calcola il punto isoelettrico della glicina, che ha pKa1 (α-COOH) = 2,34 e pKa2 (α-NH3+) = 9,60.
| pKa1 | 2,34 |
|---|---|
| pKa2 | 9,60 |
Soluzione passo per passo
Per un amminoacido neutro il pI è la media dei due pKa, che racchiudono la forma zwitterionica:
pI = (pKa1 + pKa2)/2 = (2,34 + 9,60)/2 = 5.97
pI = 5.97. A questo pH la glicina esiste prevalentemente come zwitterione con carica netta nulla.
Esercizio 2 — pI di un amminoacido acido
L’aspartato ha tre gruppi: α-COOH (1,88), R-COOH (3,65) e α-NH3+ (9,60). Calcola il pI.
| α-COOH | 1,88 |
|---|---|
| R-COOH | 3,65 |
| α-NH3+ | 9,60 |
Soluzione passo per passo
Per un amminoacido acido la forma neutra è racchiusa fra i due gruppi acidi (i carbossili), quindi:
pI = (pKα-COOH + pKR-COOH)/2 = (1,88 + 3,65)/2 = 2.765
pI = 2.765: nettamente acido, perché la catena laterale carbossilica sposta verso il basso il pH di neutralità. Il gruppo amminico non entra nel calcolo.
Esercizio 3 — pI di un amminoacido basico
La lisina ha pKa: α-COOH 2,18, α-NH3+ 8,95 e R-NH3+ 10,53. Calcola il pI.
| α-COOH | 2,18 |
|---|---|
| α-NH3+ | 8,95 |
| R-NH3+ | 10,53 |
Soluzione passo per passo
Per un amminoacido basico la forma neutra è racchiusa fra i due gruppi basici (i due amminici):
pI = (pKα-NH3 + pKR-NH3)/2 = (8,95 + 10,53)/2 = 9.74
pI = 9.74: nettamente basico. La catena laterale amminica sposta verso l’alto il pH di neutralità; il carbossile non entra nel calcolo.
Esercizio 4 — Carica netta a un pH dato
Qual è la carica netta della glicina a pH = 9,60 (cioè al suo pKa2)?
| pH | 9,60 |
|---|---|
| α-COOH | 2,34 |
| α-NH3+ | 9,60 |
Soluzione passo per passo
Si sommano i contributi dei due gruppi con Henderson-Hasselbalch. Il carbossile (pKa 2,34), a pH 9,60, è del tutto deprotonato: carica −1. L’amminico (pKa 9,60) a pH = pKa è protonato per metà: carica +0,5.
q = −1 + 0,5 = -0.5
Carica netta = -0.5. Essendo a pH > pI (5,97), la glicina porta una carica netta negativa.
Esercizio 5 — Carica netta della lisina a pH fisiologico
Calcola la carica netta della lisina a pH 7,0 sommando i contributi dei tre gruppi.
| α-COOH | 2,18 |
|---|---|
| α-NH3+ | 8,95 |
| R-NH3+ | 10,53 |
Soluzione passo per passo
A pH 7: il carbossile (pKa 2,18) è deprotonato (−1); l’amminico α (8,95) è protonato al 99% (+0,99); l’amminico della catena (10,53) è quasi del tutto protonato (+1,0).
q = −1 + 0,99 + 1,0 = 0.9886
Carica netta ≈ +0.9886, praticamente +1. A pH fisiologico la lisina è carica positivamente: per questo è un residuo «basico» che lega il DNA e altri gruppi negativi.
Esercizio 6 — Separare amminoacidi per elettroforesi
A pH 6,0 si vogliono separare glicina (pI 5,97), aspartato (pI 2,77) e lisina (pI 9,74). In che direzione migra ciascuno?
| pH di lavoro | 6,0 |
|---|---|
| pI | Gly 5,97 / Asp 2,77 / Lys 9,74 |
Soluzione passo per passo
Si confronta il pH di lavoro con il pI di ciascun amminoacido. A pH > pI la molecola è negativa (va all’anodo); a pH < pI è positiva (va al catodo).
pH 6,0 > pI(Asp) → − ; ≈ pI(Gly) → ~0 ; < pI(Lys) → +
L’aspartato (pI 2,77) è negativo e migra all’anodo; la glicina (pI 5,97 ≈ pH) resta quasi ferma; la lisina (pI 9,74) è positiva e migra al catodo. I tre si separano nettamente.
Domande frequenti
Come si calcola il punto isoelettrico?
È la media dei due pKa che racchiudono la forma a carica netta zero. Per un amminoacido neutro sono il carbossile e l’amminico; per uno acido i due gruppi acidi; per uno basico i due gruppi basici.
Cosa significa che un amminoacido è anfotero?
Che può comportarsi sia da acido sia da base a seconda del pH: a pH basso è protonato (positivo), a pH alto è deprotonato (negativo). Al pI le cariche si bilanciano e la forma prevalente è lo zwitterione.
Cos’è lo zwitterione?
È la forma dell’amminoacido con il carbossile deprotonato (−1) e l’amminico protonato (+1) contemporaneamente: ha carica netta nulla ma due cariche separate. È la specie dominante intorno al pI.
Perché al pI gli amminoacidi precipitano più facilmente?
Perché a carica netta nulla le molecole non si respingono elettrostaticamente e tendono ad aggregarsi. È il principio della precipitazione isoelettrica, usata per separare le proteine in base al loro pI.
Come prevedo la direzione di migrazione in elettroforesi?
Confrontando il pH del tampone con il pI: a pH maggiore del pI la molecola è negativa e va verso l’anodo, a pH minore è positiva e va verso il catodo. Al pI non migra. È la base della separazione elettroforetica di amminoacidi e proteine.
Dalla teoria alla conformità. Se questo argomento riguarda un prodotto che produci, importi o vendi, può tradursi in un obbligo normativo concreto: vedi il nostro servizio di sicurezza chimica sul lavoro e richiedi una verifica del tuo caso.
Vuoi una verifica sul tuo caso?
Raccontaci cosa produci, importi o vendi: ti diciamo con chiarezza cosa serve per essere in regola, senza tecnicismi inutili e senza blocchi di vendita o spedizione.
Avvertenza. Questo articolo ha finalità informative e divulgative e riflette la normativa vigente alla data di pubblicazione; le scadenze indicate possono essere modificate da provvedimenti successivi. Non sostituisce la verifica tecnica del singolo prodotto e del caso specifico. A cura della Redazione di ChimicaConforme.