Encuentra los estados de protonación a cualquier pH con el plugin de pKa y microespecies
Respuesta corta: instala pKa & Microspecies desde Settings › Plugins, dibuja una molécula y abre la pestaña pKa. Fija el pH con el control deslizante o con un preajuste como Blood 7.4. Verás un pKa estimado para cada grupo ácido o básico, la forma cargada mayoritaria, la carga neta, el punto isoeléctrico y un gráfico de todas las microespecies de pH 0 a 14. Todo se ejecuta en tu navegador.
Por qué importa el estado de protonación
La mayoría de las moléculas de fármacos tienen grupos ácidos o básicos. Un ácido carboxílico puede perder un protón y convertirse en carboxilato. Una amina puede ganar un protón y convertirse en ion amonio. La forma que tengas depende del pH de la disolución y del pKa de cada grupo.
El pKa es el pH al que un grupo está protonado a medias y desprotonado a medias. Cada unidad de pH que te alejas del pKa cambia la proporción entre las dos formas en un factor de diez. Es la relación de Henderson–Hasselbalch que los estudiantes ven en química general.
Una molécula con varios grupos ionizables puede existir en varios estados de protonación al mismo tiempo. Cada uno de esos estados es una microespecie. La proporción de cada una cambia con el pH. La forma que predomina al pH de la sangre (unos 7,4) influye en la solubilidad, en la facilidad con que la molécula atraviesa las membranas y en cómo se une a una proteína. También es la forma que normalmente quieres para el docking o para una figura. El plugin te da una estimación rápida de todo esto mientras dibujas.
Qué muestra el plugin
| Vista de la estructura | pKa sites etiqueta cada grupo ácido o básico con su estimación. Major at pH dibuja la forma cargada principal. |
|---|---|
| Gráfico | El porcentaje de cada microespecie de pH 0 a 14. Haz clic en el gráfico para saltar a ese pH. |
| Controles de pH | Un control deslizante, un cuadro numérico y preajustes: Stomach 1.5, Skin 5.5, Blood 7.4 y pH 9. |
| Resumen | Proporción de la especie mayoritaria, carga neta al pH elegido, punto isoeléctrico y valores de pKa macroscópicos. |
| Pestañas | Microspecies enumera cada forma con su carga y su porcentaje. Sites enumera cada grupo con su estimación y un recuadro para tu propio valor. About explica el método. |
Cómo instalar el plugin de pKa
- Abre el editor MolDraw e inicia sesión. Basta con una cuenta gratuita.
- Haz clic en Settings (el engranaje) y después en Plugins.
- Haz clic en Install junto a pKa & Microspecies. Aparece una pestaña pKa en el panel derecho.
También puedes hacer clic derecho en una molécula del lienzo y elegir pKa & microspecies.
Cómo encontrar la especie mayoritaria a un pH dado
- Dibuja tu molécula. Si el lienzo contiene varias moléculas, selecciona la que quieras.
- Abre la pestaña pKa. Con Live marcado, el plugin vuelve a analizar cada vez que cambia el dibujo. Si no, pulsa Analyse drawing.
- Fija el pH con el control deslizante, escribe un valor o pulsa un preajuste como Blood 7.4.
- Lee el resumen: la especie mayoritaria, su proporción y la carga neta.
- Cambia la vista de la estructura a Major at pH para ver dónde están las cargas.
- Abre Microspecies para comparar las demás formas. Pasa el ratón sobre una para resaltar su curva en el gráfico.
- Pulsa Insert major species para añadir la forma cargada al lienzo, o Replace drawing para sustituir tu estructura por ella.
Usos en clase y en el laboratorio
- Enseñar ácidos y bases: dibuja la glicina. Los valores de los libros de texto son de unos 2,3 para el ácido carboxílico y 9,6 para la amina, así que el zwitterión debería predominar a pH 7,4. Compara las estimaciones del plugin con esos valores y mueve el control para mostrar cómo pasa a dominar cada forma.
- Absorción de fármacos: pulsa Stomach 1.5 y luego Blood 7.4 para mostrar cómo cambia la carga de un ácido o una base débil a lo largo del organismo.
- Preparación para docking y modelado: inserta la especie mayoritaria a pH 7,4 y exporta esa forma en lugar del dibujo neutro. Para ver dónde está su carga, colorea la forma insertada según el potencial electrostático.
- Cálculos rápidos: para problemas de tampones y proporciones, combina el plugin con la calculadora de pKa y la calculadora de pH.
Consejos y límites
- Haz clic en una etiqueta de pKa de la estructura para saltar a ese grupo en la tabla Sites.
- Si tienes un pKa medido, escríbelo en el recuadro Your pKa. Deja el recuadro vacío para mantener la estimación. Los valores medidos siempre son mejores que las estimaciones.
- Una sal dibujada con su contraión cuenta como dos moléculas. Selecciona la parte del fármaco o dibuja en su lugar el compuesto neutro original.
- Si una molécula no tiene ningún grupo ionizable entre pH 0 y 14, el plugin te indica que permanece neutra.
Todos los valores son estimaciones. El plugin localiza cada grupo ácido o básico, parte de un valor medido para ese tipo de grupo y lo ajusta según los sustituyentes cercanos con las ecuaciones de Hammett y Taft. En un conjunto de prueba independiente de unas 2000 moléculas, el error medio es de 0,92 unidades de pKa y el 71 % de los valores queda a menos de 1 unidad. Para los fármacos habituales, el error medio es de unas 0,45. Algunos sistemas de anillos, tautómeros, amidinas, enoles y ácidos C-H pueden desviarse 2 unidades o más. Usa los resultados para la docencia, comprobaciones rápidas y planificación, no como sustituto de la medida.
Preguntas y respuestas
¿Qué es una microespecie?
Una microespecie es un estado de protonación concreto de una molécula, en el que cada grupo ácido o básico lleva su protón o no lo lleva. Una molécula con varios grupos ionizables puede existir a la vez como varias microespecies, y sus proporciones cambian con el pH.
¿Qué precisión tienen los valores de pKa?
Son estimaciones. En un conjunto de prueba independiente, el error medio es de 0,92 unidades de pKa, con un 71 % de los valores a menos de 1 unidad, y de unas 0,45 unidades para los fármacos habituales. Los sistemas de anillos poco comunes y los heterociclos tautoméricos pueden desviarse 2 unidades o más.
¿El plugin envía mi molécula a un servidor?
No. El cálculo se ejecuta en tu navegador y no usa ningún servidor ni modelo de IA.
¿Puedo usar mis propios valores de pKa medidos?
Sí. Abre la pestaña Sites y escribe tu valor en el recuadro Your pKa de ese grupo. El gráfico, el resumen y la especie mayoritaria se actualizan al instante.