Cada aminoácido libre tiene al menos dos grupos funcionales ionizables, el grupo amino y el grupo de ácido carboxílico. Algunos aminoácidos tienen cadenas laterales ionizables, como aspartato, glutamato, lisina, arginina, histidina, tirosina y cisteína. Cada grupo ionizable tiene un pKa característico. Este pKa es bastante predecible en solución acuosa, pero cuando el aminoácido es parte de un polipéptido plegado más grande, el valor de pKa puede diferir significativamente del valor de su solución. Además, cuando los aminoácidos están en una cadena polipeptídica, solo los residuos N-terminal y C-terminal tienen ese grupo amino y carboxilato ionizable, porque el resto se ha condensado en enlaces peptídicos.
Para calcular la carga total de un aminoácido (o incluso un polipéptido), lo primero que debe hacer es buscar todos los grupos ionizables y asignarles valores de pKa (hay muchas tablas de valores de pKa que puede usar). A continuación, para cada grupo ionizable, determine qué estado, protonado o no, lleva la carga. Para la cadena lateral de lisina, histidina y arginina, es el estado protonado, por ejemplo, mientras que para el glutamato, es el estado no protonado el que lleva la carga. Luego, usando el pH dado de la solución circundante, use la ecuación de Henderson-Hasselbach para calcular la proporción de protonado no protonado (probablemente lo aprendió como base: ácido en Química General) para cada grupo ionizable. Digamos que se obtiene sin protonación / protonado = 0.5 / 1.0 Por lo tanto, la fracción de grupos que no están protonados es 0.5 / (1.0 + 0.5) = ~ 0.33. Si hablamos del grupo carboxilato de glutamato, eso significa que el 33% de las cadenas laterales no están protonadas y, por lo tanto, tienen carga negativa. Este aminoácido contribuye con una carga de -0.33 a la carga global de la proteína. Repita este proceso para cada grupo ionizable en la proteína y sume las cargas.
Una nota final: cada molécula ionizable tiene un punto isoeléctrico, o pI. Este es el pH donde la carga neta es cero en toda la molécula. La mayoría de las proteínas tienen un pI único que es una combinación de todos los pKa de sus cadenas laterales. Esta es una característica útil para aprovechar al realizar la cromatografía de intercambio iónico o el enfoque isoeléctrico. En general, cuanto más cadenas laterales ácidas en la proteína, menor es el pI, y las cadenas laterales más básicas, mayor es el pI. Recuerde, sin embargo, que la carga en una sola molécula de proteína se distribuye estocásticamente porque existe un equilibrio para cada grupo ionizable. No es posible que una molécula tenga una carga formal de -0.33, ya que no puede tener 0.33 de un protón, pero la media del conjunto de una gran población de moléculas puede ser un número no entero.
