Por que os grupos \alpha-amino e \alpha-carboxil dos aminoácidos não-terminais de um polipeptídeo não são ionizáveis?

Passo 1

O que o enunciado pede: explicar por que os grupos \alpha-amino e \alpha-carboxil de um aminoácido que estão no interior (isto é, não-terminais) de um polipeptídeo não são ionizáveis.
Informações relevantes dadas ou implícitas pelo enunciado:
  • “Não-terminais” significa que esses grupos estão ligados aos aminoácidos vizinhos, formando a cadeia polipeptídica (não são o N-terminal livre nem o C-terminal livre).
  • Em cadeias peptídicas, as unidades monoméricas (aminoácidos) ligam-se por ligações peptídicas (também chamadas de amidas).
    Não vamos resolver ainda; apenas clarificamos o pedido e os dados.

Passo 2

Noções básicas de ácido/base e ionização (mini-aula): o que significa “ionizável”?
  • Um grupo funcional é ionizável quando pode perder um próton ( \mathrm{H}^+, agir como ácido) ou ganhar um próton (agir como base) em condições dadas (por exemplo, pH fisiológico).
  • A tendência de um grupo doar ou aceitar prótons é medida pelo \mathrm{p}K_a: se \mathrm{pH}>\mathrm{p}K_a o grupo tende a estar desprotonado; se \mathrm{pH}<\mathrm{p}K_a tende a estar protonado.
  • Exemplos numéricos para referência (aminoácido livre): o grupo \alpha-carboxil livre tem \mathrm{p}K_a típico aproximadamente \,2 a \,3 (logo é desprotonado em pH fisiológico), e o grupo \alpha-amino livre tem \mathrm{p}K_a típico aproximadamente \,9 a \,10 (logo está protonado em pH fisiológico). Esses números mostram que grupos livres podem ser ionizáveis.

Passo 3

O que muda quando se forma a ligação peptídica (reação de condensação):
Escrevendo a reação geral de formação de uma ligação peptídica entre dois aminoácidos:
\mathrm{R}_1\text{-}\mathrm{COOH} + \mathrm{H}_2\mathrm{N}\text{-}\mathrm{R}_2 \longrightarrow \mathrm{R}_1\text{-}\mathrm{CONH}\text{-}\mathrm{R}_2 + H_2O
  • Observe que a hidroxila ( -\mathrm{OH}) do grupo carboxila do primeiro aminoácido e um hidrogênio do grupo amino do segundo saem como água.
  • Consequência direta: o grupo \alpha-carboxil deixa de existir como -\mathrm{COOH} e passa a fazer parte de uma amida -\mathrm{CONH}-; o grupo \alpha-amino deixa de existir como -\mathrm{NH}_2 ou -\mathrm{NH}_3^+ livre e passa também a fazer parte da mesma amida.

Passo 4

Por que a parte nitrogenada da amida (o antigo \alpha-amino) perde capacidade de ser protonada (mini-aula sobre a basicidade de aminas vs amidas):
  • Em uma amina alifática livre ( -\mathrm{NH}_2), o nitrogênio tem um par de elétrons localizado que pode coordenar um próton — por isso aminas são bases razoáveis ( \mathrm{p}K_a da base conjugada típico ~ \,9- \,11).
  • Em uma amida ( -\mathrm{CONH}-), esse par de elétrons do nitrogênio fica parcialmente delocalizado por ressonância com o grupo carbonila adjacente. Esquematicamente:
\mathrm{R}-\mathrm{C}(=O)-\mathrm{NH}-\mathrm{R'} \;\rightleftharpoons\; \mathrm{R}-\mathrm{C}(-O^-)=\mathrm{N}^+\!-\mathrm{R'}
(duas formas limites de ressonância: uma com a dupla ligação C=O e o par no N; outra com carga parcial no oxigênio e no nitrogênio)
  • Essa delocalização torna o par de elétrons do nitrogênio menos disponível para ligar um próton — ou seja, a basicidade do nitrogênio da amida é muito menor que a de uma amina livre.
  • Em termos de \mathrm{p}K_a: a base conjugada de uma amida tem \mathrm{p}K_a muito baixo (muito menor que o de uma amina), o que significa que a forma protonada da amida não é favorecida em pH fisiológico. Por isso o nitrogênio da ligação peptídica não é protonado e não é “ionizável” na prática.

Passo 5

Por que a porção carboxila transformada em amida (o antigo \alpha-carboxil) não é ácida:
  • Um grupo carboxila livre -\mathrm{COOH} tem um hidrogênio ligado ao oxigênio que pode ser doado (por isso é ácido). Quando a ligação peptídica se forma, esse -\mathrm{OH} foi removido (como mostrado na reação do Passo 3) — o grupo deixa de ser -\mathrm{COOH} e passa a ser -\mathrm{CONH}-.
  • Em -\mathrm{CONH}- não existe o hidrogênio ácido ligado ao oxigênio; portanto não há próton disponível para ser perdido. Além disso, a amida é muito menos ácida que um ácido carboxílico livre. Logo, a antiga carboxila não pode desprotonar e não é ionizável.

Passo 6

Resumo pedagógico e dica para prova (tom amigo):
  • Em poucas palavras: quando um aminoácido está no interior de um polipeptídeo seus grupos \alpha-amino e \alpha-carboxil estão ligados entre si por uma ligação peptídica do tipo amida. A formação dessa ligação remove o hidrogênio ácido do carboxil e delocaliza o par de elétrons do nitrogênio, tornando ambos os centros incapazes de ionizar nas condições normais.
  • Dica prática para a prova: sempre olhe a cadeia e identifique se o grupamento é parte de uma amida (peptide bond). Se for, trate-o como não ionizável; apenas os grupos terminais livres e os radicais laterais (cadeias laterais de aminoácidos) podem ser ionizáveis.

Resposta

Porque, em aminoácidos não-terminais, os grupos \alpha-amino e \alpha-carboxil participam da ligação peptídica (formando uma amida), o que (1) remove o -\mathrm{OH} ácido do antigo -\mathrm{COOH} e (2) delocaliza o par de elétrons do nitrogênio por ressonância, reduzindo fortemente sua basicidade; portanto nenhum dos dois grupos pode doar ou aceitar prótons nas condições usuais e assim não são ionizáveis.

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