Aminoácidos Propiedades Químicas


Instrucciones a seguir si en esta página hay modelos moleculares

  • A continuación se describen las diferentes formas de representación de la molécula utilizando Jsmol.
  • Haga clic en la (+) del cuadro verde para extenderlo y poder leer la descripción.

  • Para cerrar el cuadro, haga clic en el signo (-).

Instrucciones

Usted tiene las siguientes opciones en este simulador para moléculas pequeñas tanto inorgánicas como orgánicas.

  • En la parte superior, aparecen los botones 2D y 3D para que pueda observar el modelo en dos o tres dimensiones.
  • A continuación se presenta el modelo en dos o tres dimensiones.
  • "Search" puede ser utilizado para buscar alguna molécula, escribiendo el nombre en inglés, por ejemplo al escribir, sulphuric acid (ácido sulfúrico).
  • Color de fondo, sirve seleccionar el color del fondo del modelo en tres dimensiones.
  • Acercar +, acerca el modelo.
  • Acercar -, aleja el modelo.
  • Girar X, Y, Z, para girar el modelo en tres dimensiones en los ejes x, y, z.
  • Alambres, varillas y pelotas y varillas, para cambiar el modelo en tres dimensiones en esas representaciones.
  • Energía, aparce en la parte superior la energía de la molécula en kJ/mol o kcal/mol.
  • Minmizar por MMFF94, normalmente las estructuras iniciales que se crean en los simuladores poseen energías mucho mayores a las que tendría un objeto real, por esta razón, se utilizan algoritmos para calcular las posiciones y fuerzas originales, con el objetivo de minimizarlas y que sean más realistas.
  • Arrastrar Minimizar, usted puede arrastrar un átomo, soltarlo y entonces el sistema hace un cálculo de minimización de energía.
  • Simetría, muestra los planos de simetría en la molécula.
  • Editar, puede editar la molécula agragando o quitando átomos y enlaces.
  • Superficie VDW, la superficie de van der Waals de una molécula es una representación abstracta o modelo de esa molécula, que ilustra dónde, en términos muy generales, podría haber una superficie para la molécula en función de los cortes duros de los radios de van der Waals para átomos individuales, y representa una superficie a través de la cual la molécula podría concebirse interactuando con otras moléculas.
  • Photo
  • PEM es el mapa de potencial electrostático.
  • Carga parcial calcula la carga parcial de cada átomo.
  • Tetraedros, para el caso que exista alguna átomo tetraédrico.
  • Dipolos enlaces, para ver el los dipolos de todos los enlaces.
  • Dipolo molecular, para ver el momento dipolar resultante de toda la molécula.
  • Hibridación sp, sp2 y sp3, para ver la hibridacion del átomo de carbono.
  • Anillo aromático, muestra los anillos aromáticos.
  • Heteroátomo, muestra los heteroátomos en heterociclos.
  • C quiral (nomenclatura R/S) y E/Z para isomería geométrica en alquenos, los descriptores R/S permiten indicar en un compuesto orgánico la configuración (la disposición espacial de los sustituyentes) de un carbono o centro quiral, estereocentro o centro estereogénico, que es el caso de un átomo de carbono con cuatro sustituyentes diferentes. Se añade R o S entre paréntesis como prefijo delante del nombre de la molécula orgánica. En caso de ser más de uno el centro estereogénico, separados por coma se indica el descriptor R o S de cada uno, precedido del número o localizador que identifica su posición.
  • Invertir R/S, para cambiar la quiralidad.
  • Nomenclatura E/Z en Alquenos, el sistema tradicional para nombrar los isómeros geométricos de un alqueno, en el que los mismos grupos están dispuestos de manera diferente, es nombrarlos como cis o trans. Sin embargo, es fácil encontrar ejemplos donde el sistema cis-trans no se aplica fácilmente.
  • N electrones, O electrones y S electrones, para ver los electrones libres del nitrógeno, oxígeno y azufre.
  • C primario, C secundario, C terciario, C cuaternario, identifica la clasificación de los átomos de carbono.
  • Dadores y aceptores de puentes de hidrógeno, señala los átomos que pueden dar o aceptar puentes de hidrógeno
  • Botón 2D, cuando escoge el botón 2D, la aplicación tiene su propio menú y quedan inhabilitados todos los botones 3D.

Aminoácidos

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Puesto que los aminoácidos tienen un grupo ácido y un grupo básico, presentan propiedades anfotéricas.

Atención

Alerta!

Una sustancia anfotérica es aquella que puede aceptar y donar un H+.

En una solución ácida fuerte, una con un bajo pH, los aminoácidos están totalmente protonados y tienen una carga positiva (la forma catiónica).

Si la solución es casi neutra, los aminoácidos existen como iones dipolares, o sea iones con carga positiva y una carga negativa. Los iones dipolares también se conocen como zwitteriones; ambos términos se utilizan comúnmente. Un aminoácido que existe como un ion dipolar es neutro por las cargas positiva y negativa se cancelan.

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Para valores de pH altos, los aminoácidos se cargan negativamente (la forma aniónica) porque los iones hidróxido sacan los H+ de las moléculas y en solución se establece un equilibrio entre las tres formas.

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Comportamiento de los Aminoácidos y el pH

La carga neta de un aminoácido depende del pH del medio y de los valores de pKa de sus grupos ionizables (el grupo α-carboxilo, el grupo α-amino y, si lo tiene, el grupo de la cadena lateral R).

  • A pH muy bajo (ácido): Todos los grupos ionizables estarán protonados. Los grupos carboxilo (-COOH) son neutros y los grupos amino (-NH₃⁺) tienen carga positiva. La carga neta del aminoácido será positiva.
  • En el Punto Isoeléctrico (pI): Es el pH en el que la carga neta del aminoácido es cero. En este punto, el aminoácido existe predominantemente como un zwitterión (una molécula con cargas positivas y negativas que se anulan entre sí).
    • Para aminoácidos neutros (Glicina, Valina), el pI es el promedio de los pKa de los grupos α-carboxilo y α-amino.
    • Para aminoácidos ácidos (Ácido Aspártico), el pI es el promedio de los pKa de los dos grupos carboxilo.
    • Para aminoácidos básicos (Lisina), el pI es el promedio de los pKa de los dos grupos amino.
  • A pH muy alto (básico): Todos los grupos ionizables estarán desprotonados. Los grupos carboxilo (-COO⁻) tienen carga negativa y los grupos amino (-NH₂) son neutros. La carga neta del aminoácido será negativa.

1. Aminoácido Neutro (Glicina)

pKa1 (α-COOH): 2.34 | pKa2 (α-NH3+): 9.60

Punto Isoeléctrico (pI): 5.97

C H H
Carga Neta: 0

2. Aminoácido Neutro (Valina)

pKa1 (α-COOH): 2.29 | pKa2 (α-NH3+): 9.74

Punto Isoeléctrico (pI): 6.02

C H
Carga Neta: 0

3. Aminoácido Ácido (Ácido Aspártico)

pKa1 (α-COOH): 1.99 | pKaR (R-COOH): 3.90 | pKa2 (α-NH3+): 9.90

Punto Isoeléctrico (pI): 2.95

C H
Carga Neta: 0

4. Aminoácido Básico (Lisina)

pKa1 (α-COOH): 2.16 | pKa2 (α-NH3+): 9.06 | pKaR (R-NH3+): 10.54

Punto Isoeléctrico (pI): 9.80

C H
Carga Neta: 0

Fuente de los Datos

Los valores de pKa y los puntos isoeléctricos (pI) utilizados en esta simulación son los valores estándar y ampliamente aceptados que se encuentran en la mayoría de los libros de texto de bioquímica, como por ejemplo, "Lehninger Principles of Biochemistry".

La mayoría de las células tiene valores de pH aproximadamente neutros; por lo tanto, la forma predominante de los aminoácidos en las células es el ion dipolar. Puesto que el anión carboxilato -COO-, esta cargado negativamente, y el grupo amino protonado -NH3+, está cargado positivamente, el ion dipolar es una especie química neutra. Si la forma iónica dipolar de un aminoácido se coloca entre dos electrodos cargados opuestamente (electrólisis), los iones dipolares neutros no son afectados. Las formas aniónica y catiónica de los aminoácidos migran hacia los electrodos.

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Guía de Estudio

Significa que pueden actuar tanto como ácidos, donando un protón (H+), como bases, aceptando un protón (H+). Esto se debe a la presencia de un grupo ácido (carboxilo) y un grupo básico (amino) en su estructura.
En una solución ácida fuerte con un pH bajo, los aminoácidos están completamente protonados. Esto significa que tanto el grupo carboxilo (-COOH) como el grupo amino (-NH3+) retienen sus protones, resultando en una carga positiva neta para el aminoácido (la forma catiónica).
Un zwitterion es un ion dipolar, lo que significa que posee simultáneamente una carga positiva y una carga negativa dentro de la misma molécula. Aunque tiene ambas cargas, la carga neta del aminoácido en forma de zwitterion es neutra porque las cargas opuestas se cancelan entre sí.
A valores de pH altos, la solución es básica, lo que significa que hay una alta concentración de iones hidróxido (OH-). Estos iones básicos remueven los protones (H+) de las moléculas de aminoácido, especialmente del grupo amino, dejando al aminoácido con una carga negativa neta (la forma aniónica).
A pH 7, el grupo carboxilo de la valina se disocia, formando -COO-, mientras que el grupo amino permanece protonado como -NH3+. Esto resulta en un aminoácido que posee simultáneamente una carga positiva y una negativa, existiendo como un zwitterion.
A pH 1, todos los grupos funcionales de un aminoácido dicarboxílico como el ácido aspártico (los dos carboxilos y el amino) están protonados. Por lo tanto, el aminoácido tendrá una carga positiva neta.
A pH 7, en el ácido aspártico, ambos grupos carboxilo (-COO-) están disociados, mientras que el grupo amino (-NH3+) sigue protonado. Esto le confiere al aminoácido dos cargas negativas y una positiva, resultando en una carga negativa neta.
A pH 7, la lisina tendrá el alfa-carboxilo disociado (-COO-) y ambos grupos amino (-NH3+) de la cadena principal y de la cadena lateral protonados. Esto le confiere al aminoácido una carga positiva neta, debido a dos cargas positivas y una negativa.
La forma predominante de los aminoácidos en la mayoría de las células es el ion dipolar o zwitterion. Esto se debe a que la mayoría de las células mantienen valores de pH aproximadamente neutros, donde esta forma es la más estable y predominante.
Los iones dipolares de los aminoácidos, al ser neutros en su carga neta, no son afectados ni migran hacia los electrodos cargados opuestamente. Solo las formas aniónica (carga negativa) y catiónica (carga positiva) de los aminoácidos se moverán hacia el electrodo de carga opuesta.

Guía para responder: Destaque su papel como tampones de pH y cómo las cargas iónicas son esenciales para las interacciones electrostáticas que estabilizan la estructura de las proteínas y para la catálisis enzimática.

Guía para responder: Detalle la coexistencia de un grupo -NH3+ y un grupo -COO- en la misma molécula. Explique que, aunque tiene cargas, estas se anulan, y que el pH fisiológico (cercano a 7.4) favorece esta forma iónica.

Guía para responder: Utilice el principio de Le Châtelier para explicar que un exceso de H+ (pH bajo) protona todos los grupos, mientras que una deficiencia de H+ (pH alto) los desprotona, moviendo el equilibrio entre las diferentes formas iónicas.

Guía para responder: Explique que los cationes (+) migran al cátodo (-), los aniones (-) migran al ánodo (+), y los zwitteriones (carga neta cero) no migran. Ajustando el pH, se puede controlar la carga de los aminoácidos y separarlos en función de su punto isoeléctrico.

Sustancia que puede actuar tanto como ácido (donador de H+) como base (aceptor de H+). Los aminoácidos poseen esta propiedad debido a la presencia de grupos ácidos y básicos.
Molécula orgánica que contiene al menos un grupo amino (-NH2) y un grupo carboxilo (-COOH), además de una cadena lateral (grupo R) que es única para cada aminoácido.
Grupo funcional ácido presente en los aminoácidos que puede donar un protón (H+), convirtiéndose en -COO-.
Grupo funcional básico presente en los aminoácidos que puede aceptar un protón (H+), convirtiéndose en -NH3+.
Estado en el que una molécula o grupo funcional ha aceptado y retiene un protón (H+).
Estado en el que una molécula o grupo funcional ha perdido o donado un protón (H+).
La suma total de las cargas positivas y negativas presentes en una molécula.
La forma de un aminoácido que tiene una carga neta positiva, generalmente predominante en soluciones de pH bajo.
Molécula que posee simultáneamente cargas positivas y negativas separadas dentro de la misma estructura, pero con una carga neta de cero. Es la forma predominante de los aminoácidos en pH neutro.
La forma de un aminoácido que tiene una carga neta negativa, generalmente predominante en soluciones de pH alto.
El valor de pH al cual la carga neta de un aminoácido o proteína es cero. En este punto, el aminoácido existe predominantemente como zwitterion.
Proceso químico que usa corriente eléctrica para producir una reacción química no espontánea. En el contexto de aminoácidos, se refiere a la migración de iones cargados hacia electrodos opuestos.
Aminoácido que posee dos grupos carboxilo en su estructura, además del grupo carboxilo y amino estándar. Ejemplo: Ácido aspártico.
Aminoácido que posee dos grupos amino en su estructura, además del grupo carboxilo y amino estándar. Ejemplo: Lisina.