Изоэлектрическая точка
Расчёт pI
В изоэлектрической точке аминокислота не движется в электрическом поле и хуже всего растворима — так её и выделяют.
Как посчитать pI
- Выпишите все pKa: α-COOH (около 2), α-\(\ce{NH3+}\) (около 9–10) и боковой цепи, если она ионогенна.
- Нарисуйте формы от самой протонированной (pH 0) к полностью депротонированной, отщепляя протоны в порядке роста pKa, и найдите форму с нулевым зарядом.
- pI — среднее двух pKa, между которыми существует нейтральная форма: для нейтральных — pKa₁ и pKa₂; для кислых — двух карбоксилов; для основных — двух аминогрупп.
| Аминокислота | pKa (COOH) | pKa (\(\ce{NH3+}\)) | pKa боковой | pI |
|---|---|---|---|---|
| глицин | 2,34 | 9,60 | — | 5,97 |
| аспарагиновая кислота | 1,88 | 9,60 | 3,65 | 2,77 |
| глутаминовая кислота | 2,19 | 9,67 | 4,25 | 3,22 |
| гистидин | 1,82 | 9,17 | 6,00 | 7,59 |
| лизин | 2,18 | 8,95 | 10,53 | 9,74 |
| аргинин | 2,17 | 9,04 | 12,48 | 10,76 |
Примеры
1. Глицин: pI = (2,34 + 9,60)/2 = 5,97.
2. Аспарагиновая кислота: нейтральная форма существует между отщеплением α-COOH (1,88) и боковой COOH (3,65): pI = 2,77.
3. Лизин: нейтральная форма — между отщеплением α-\(\ce{NH3+}\) (8,95) и боковой \(\ce{NH3+}\) (10,53): pI = 9,74.
errorНе усредняйте все три pKa
pI аминокислоты с ионогенной боковой цепью — не среднее трёх pKa: берут только два, окружающие нейтральную форму.
edit_noteПопробуйте сами
Чему равна pI аланина (pKa 2,34 и 9,69)?
expand_moreПоказать решение
(2,34 + 9,69)/2 = 6,02.
Заряд при заданном pH и электрофорез
Электрофорез разделяет аминокислоты и белки по заряду, а заряд задаёт соотношение pH и pI.
Как найти заряд и направление движения
- Для каждой группы доля депротонированной формы \(α = 1/(1 + 10^{pK_a - pH})\).
- Катионная группа (\(\ce{NH3+}\), гуанидиний, имидазолий) даёт заряд +(1 − α), анионная (COOH, SH, фенол) — −α; заряды суммируйте.
- Грубо: при pH на 2 единицы ниже pKa группа практически протонирована, на 2 выше — депротонирована.
- Электрофорез: при pH < pI заряд положительный — движение к катоду (−), при pH > pI — к аноду (+), при pH = pI частица стоит.
- В пептиде ионогенны только концевые группы и боковые цепи: α-COOH и α-\(\ce{NH2}\) внутренних остатков заняты пептидными связями.
Примеры
1. Глицин при pH 7 (pI 5,97): заряд слегка отрицательный — движется к аноду.
2. Смесь Asp, Gly и Lys при pH 6: Asp — к аноду, Lys — к катоду, Gly почти на месте.
3. Дипептид Lys-Gly при pH 7: \(\ce{NH3+}\) N-конца (+1), \(\ce{NH3+}\) боковой цепи лизина (+1), COO⁻ C-конца (−1) — заряд около +1.
errorПептидная связь не ионизируется
В пептиде «исчезают» α-COOH и α-\(\ce{NH2}\) всех остатков, кроме концевых: кислотно-основные свойства остаются у N- и C-конца и у боковых цепей.
edit_noteПопробуйте сами
Куда движется аланин при pH 9?
expand_moreПоказать решение
К аноду: pH больше pI (6,0), заряд отрицательный.
push_pinГлавное
Изоэлектрическая точка pI — pH, при котором средний заряд аминокислоты равен нулю. Для нейтральных аминокислот pI = (pKa₁ + pKa₂)/2 (глицин: (2,34 + 9,60)/2 = 5,97); для кислых — полусумма pKa двух карбоксилов (Asp: 2,77); для основных — полусумма pKa двух аминогрупп (Lys: 9,74). Общее правило: берут два pKa, между которыми существует нейтральная форма. При pH < pI аминокислота заряжена положительно и при электрофорезе движется к катоду, при pH > pI — к аноду. Долю форм при заданном pH находят по уравнению Хендерсона — Хассельбаха; заряд пептида складывают из концевых групп и ионогенных боковых цепей.
Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.