¿Por qué el grupo carboxilo en los aminoácidos se desprotona en condiciones fisiológicas (pH = 7,4)?

Respuesta simple: porque el grupo carboxílico es ácido.

Para ampliar eso, las sustancias ácidas donan sus protones. En la solución de pH 7.4, hay muy pocos iones H3O +, por lo que el átomo de hidrógeno puede disociarse más fácilmente (en una solución de pH bajo, el grupo carboxílico no se desprotona).

El grupo carboxílico es COOH, con un doble enlace C = O y un enlace simple C-OH. El oxígeno es muy electronegativo (electrones), atraerá electrones a sí mismo. Al perder el hidrógeno, el oxígeno del doble enlace puede atraer los electrones pi hacia sí mismo y formar CO (-) mientras que el C-OH perderá el hidrógeno, dándole suficientes electrones para formar un doble enlace. Este ion COO- puede ser estable debido a que tiene estas estructuras de resonancia (mientras que un grupo alcohol CH2OH no puede formar ninguna, y CH2O- no es estable, por lo tanto no quiere perder el hidrógeno).

Es formación de iones Zwitter. También se puede considerar como una reacción de neutralización ácido-base entre los grupos -COOH y -NH2.