¿Por qué la histidina es un aminoácido básico, pero el triptófano es un aminoácido neutro?

La diferencia es que el grupo funcional imidazol (con histidina) tiene un ácido conjugado pKa ([math] pK_ {bH ^ +} [/ math]) de aproximadamente 7 y el grupo funcional indol con triptófano tiene un [math] pK_ {bH ^ +} [/ math] de cerca de -6. Básicamente, el ácido conjugado del grupo básico en triptófano en el resto funcional del indol está tan desesperado por volcar su protón que es literalmente un factor de [matemáticas] 10 ^ {13} [/ math] menos básico que el imidazol del histina. Un poco menos dramáticamente, el grupo funcional pirrol (indol menos el anillo de benceno) todavía tiene un [math] pK_ {bH ^ +} [/ math] de aproximadamente -3.6, lo que significa que es aproximadamente 250 veces menos básico que el imidazol.

Para el resto indol, la protonación del resto básico da como resultado una pérdida de estabilización aromática, ya que el par solitario previamente en el nitrógeno ya no contribuye al 2n + 2 requerido. Naturalmente, dado que el estado aromático es mucho más estable, la molécula está bastante dispuesta a arrojar el protón. Este no es el caso para el resto de imidazol, que se une al protón a través de un orbital sp [math] ^ 2 [/ math] en el nitrógeno de la imina en lugar de en el nitrógeno de la amina, que no rompe la aromaticidad.

El par de electrones solitario en el nitrógeno presente en el anillo indol de Triptófano no está disponible para la protonación, ya que el par solitario de electrones en el nitrógeno está involucrado en la resonancia, que es la razón por la cual el triptófano no es un aminoácido básico … por otro lado en la histidina que es un derivado de imidazol tiene 2 átomos de nitrógeno que no están colocados adyacentes … vea la imagen del anillo de imidazol presente en la histidina

ahora deberíamos plantearnos la pregunta de que el anillo de imidazol contiene 2 átomos de nitrógeno, lo que significa que los pares solos de cada nitrógeno deberían estar disponibles para la protonación … pero no es el caso … el par solitario del átomo de nitrógeno marcado 1 en la imagen no es disponible para la protonación, ya que está tomando parte en la resonancia, pero el único par del átomo de nitrógeno marcado 3 en la imagen está disponible para la protonación, ya que no está involucrado en la resonancia.

ver en la imagen de resonancia de imidazol uno de los átomos de nitrógeno (aquel con el cual el hidrógeno está limitado) está teniendo una carga positiva ya que su par solitario ha tomado parte en la resonancia …

En triptófano, los pares solitarios en el nitrógeno se deslocalizan y forman parte de un sistema aromático. Esto significa que el nitrógeno no es lo suficientemente básico y, por lo tanto, tiene un bajo pka de aproximadamente -3,8.
En la histidina, el nitrógeno cuyo par solitario no se dona en el anillo es lo suficientemente básico.

Superficialmente, uno de los Ns en el grupo imidazol en histidina podría atraer protones y ser básico, pero en triptófano, el único N está ocupado por H, por lo que …