Punto isoeléctrico

Qué es el punto isoeléctrico

Del prefijo griego "iso" (ἴσος, igual) y del adjetivo "eléctrico" procede el nombre, que describe con precisión lo que ocurre en ese punto: las cargas positivas y negativas de la molécula se igualan, de modo que la carga neta resultante es cero. No hay que confundirlo con la ausencia de cargas. Un aminoácido en su punto isoeléctrico sigue teniendo grupos ionizados (suele estar en forma de zwitterión, con un grupo amino protonado y un grupo carboxilo desprotonado en la misma molécula), solo que el número de cargas positivas y negativas coincide exactamente.

Para un aminoácido sencillo, con un único grupo amino y un único grupo carboxilo, el pI se calcula como la media de los dos valores de pKa que delimitan la forma neutra. Cuando la cadena lateral del aminoácido también es ionizable, como ocurre en la lisina o el ácido glutámico, entran en juego tres valores de pKa en lugar de dos, y el cálculo debe tomar la media de los dos pKa que flanquean esa forma neutra, no simplemente el promedio de los tres.

Solubilidad mínima y comportamiento en disolución

Una propiedad práctica del punto isoeléctrico es que, en ese pH exacto, la solubilidad de la proteína suele ser mínima. Sin carga neta, las moléculas ya no se repelen entre sí de forma electrostática, y tienden a agregarse y precipitar. Esta caída de solubilidad, lejos de ser un inconveniente de laboratorio, se aprovecha de forma sistemática para purificar proteínas: ajustando el pH de una disolución hasta el pI de la proteína de interés, esta precipita mientras el resto de proteínas de la mezcla, con puntos isoeléctricos distintos, permanecen en disolución.

La albúmina sérica humana ilustra bien esta lógica. Su punto isoeléctrico se sitúa entre 4,7 y 4,9, muy por debajo del pH sanguíneo, que ronda 7,4. Eso significa que, en el organismo, la albúmina circula con una carga neta negativa apreciable. Esa carga negativa es, en parte, la razón por la que la membrana basal glomerular, también cargada negativamente, repele a la albúmina y contribuye a retenerla en la sangre en condiciones normales. Cuando esa barrera de carga se altera, aparece proteinuria.

Separación de proteínas por su punto isoeléctrico

Entre proteínas distintas, la diferencia de pI es, además, la base de varias técnicas de laboratorio. En la electroforesis convencional, las proteínas migran hacia el electrodo de signo opuesto a su carga; a un pH determinado, cada proteína se mueve más o menos rápido según lo alejada que esté su pI de ese pH. El enfoque isoeléctrico lleva la idea un paso más allá: en lugar de un pH fijo, aplica un gradiente continuo de pH a lo largo del gel, de modo que cada proteína migra hasta detenerse justo en la posición donde el pH del gel coincide con su propio pI, punto en el que deja de tener carga neta y ya no avanza más.

Esta propiedad tiene una aplicación diagnóstica muy concreta en neurología. El enfoque isoeléctrico del líquido cefalorraquídeo, comparado con el del suero del mismo paciente, permite detectar bandas oligoclonales de inmunoglobulina G. Su presencia, restringida al líquido cefalorraquídeo, refleja una síntesis local de anticuerpos dentro del sistema nervioso central y es uno de los datos de laboratorio que se incorporan al estudio de la esclerosis múltiple.

Diferenciación con el punto isoiónico

Con frecuencia se confunde el punto isoeléctrico con el punto isoiónico, y no son exactamente lo mismo. El punto isoeléctrico es el pH al que la carga neta de la molécula es cero en presencia de los iones de la disolución que la rodea, incluidas las sales que pueda contener el medio. El punto isoiónico, en cambio, es el pH de una disolución de la proteína pura en agua, sin más iones añadidos que los procedentes de la propia disociación de la molécula. Ambos valores suelen ser muy próximos, y en la práctica del laboratorio clínico se emplean casi como sinónimos, pero conceptualmente responden a definiciones distintas: uno depende del entorno iónico, y el otro no.

Preguntas frecuentes

¿De dónde viene el nombre "punto isoeléctrico"?

Del griego "isos", igual, combinado con "eléctrico". El nombre describe el fenómeno con exactitud: en ese pH, las cargas positivas y negativas de la molécula se igualan y la carga eléctrica neta resultante es cero.

¿Tienen todos los aminoácidos el mismo punto isoeléctrico?

No. Cada aminoácido tiene un pI propio, determinado por los grupos ionizables de su cadena lateral. Los aminoácidos con cadena lateral ácida, como el ácido glutámico o el ácido aspártico, tienen puntos isoeléctricos bajos, próximos a 3. Los que tienen cadena lateral básica, como la lisina o la arginina, lo tienen alto, por encima de 9. El resto se sitúa en valores intermedios, próximos a la neutralidad.

¿Por qué una proteína precipita justo en su punto isoeléctrico?

Porque, sin carga neta, desaparece la repulsión electrostática que normalmente mantiene separadas a las moléculas de proteína en disolución. Al perder esa repulsión, las moléculas tienden a agregarse entre sí y a precipitar fuera de la disolución. Es el mismo principio que aprovechan algunas técnicas de purificación en el laboratorio.

¿Es lo mismo que el punto isoiónico?

Estrictamente, no, aunque se usan casi como sinónimos en la práctica. El punto isoeléctrico tiene en cuenta el entorno iónico de la disolución, mientras que el punto isoiónico se define para la proteína disuelta en agua pura. Los dos valores suelen coincidir de forma muy aproximada.

Referencias

1. Wikipedia. Punto isoeléctrico.
2. Wikcionario. iso-: prefijo del griego antiguo ísos.
3. Medwave. Una nueva mirada a la proteinuria.
4. Meyer Lab. Detección de bandas oligoclonales en líquido cefalorraquídeo y suero.