Punkt Izoelektryczny
Punkt izoelektryczny (pI, pH(I)) – wartość pH, przy której populacja cząsteczek amfolitycznych, tj.
posiadających kationowe i anionowe grupy funkcyjne (np. aminokwasy białkowe), zawiera średnio tyle samo ładunków dodatnich co ujemnych, na skutek czego ładunek całkowity całej populacji wynosi zero. Stężenie jonu obojnaczego przyjmuje wtedy maksymalną wartość, a stężenia form anionowej i kationowej mają jednakowe, minimalne stężenie. W przypadku związków słabo rozpuszczalnych występują wtedy też niezdysocjowane cząsteczki.
GlyH2: H3N+CH2COOH
GlyH: H3N+CH2COO−
Gly: H2NCH2COO−
Sytuacja taka może mieć miejsce w dwóch przypadkach:
- w roztworze istnieją wyłącznie jony obojnacze (tzw. zwitterjony)
- w roztworze istnieje taka sama liczba anionów i kationów
W punkcie izoelektrycznym cząsteczki mają:
- najmniejszą rozpuszczalność
- najmniejszą lepkość
- najmniejsze ciśnienie osmotyczne
Wartość ta jest oznaczana często w odniesieniu do białek i aminokwasów. Innym ważnym zastosowaniem punktu izoelektrycznego jest jego wykorzystanie w inżynierii materiałowej, gdzie istotne jest wyznaczanie punktu izoelektrycznego tlenków metali takich jak: hematyt, krzemionka, magnetyt czy tlenek cynku.
Punkt izoelektryczny białek i peptydów
Punkt izoelektryczny białek i peptydów można wyznaczyć metodami polarymetrycznymi, chromatograficznymi (ogniskowanie chromatograficzne, CF, z ang. chromatofocusing) i elektroforetycznymi (ogniskowanie izoelektryczne, IEF, z ang. isoelectrofocusing). Ponadto istnieje możliwość wyznaczenia wartości teoretycznej dla białek na podstawie równania Hendersona-Hasselbacha (kluczowym elementem tego podejścia jest uwzględnienie wartości pKa lub pKb grup aminowych i karboksylowych w łańcuchach bocznych i aminokwasach terminalnych). Istniejące metody przewidywania punktu izoelektrycznego oparte są na zastosowaniu m.in. algorytmów genetycznych, maszynach wektorów nośnych oraz optymalizacji wartości pK. Dodatkowo, dane na temat punktu izoelektrycznego wyznaczonego eksperymentalnie zebrano w postaci baz danych SWISS-2DPAGE oraz PIP-DB Ponadto istnieje także baza danych zawierająca teoretycznie wyznaczone punkty izoelektryczne dla wszystkich białek w Uniprot.
Dla aminokwasu zawierającego jedną grupę aminową i jedną grupę karboksylową wartość pI można obliczyć w na podstawie wartości pKa1 i pKa2 danej cząsteczki:
- pI = ½(pKa1 + pKa2)
W przypadku aminokwasów zawierających więcej naładowanych grup bocznych (np. lizyna, kwas asparaginowy) bierze się pod uwagę obie wartości pKa naładowanych grup czyli w równaniu powyżej wykorzystuje się średnią z obu grup np. dla lizyny jest to (8,95 + 10,53)/2 = 9,74, a dla kwasu asparaginowego (2,09 + 3,86)/2 = 2,98.
W pH poniżej pI białka mają ładunek dodatni, zaś powyżej ich ładunek jest ujemny. Ma to duże znaczenie w czasie rozdziału metodą elektroforezy. pH żelu elektroforetycznego zależy od użytego buforu. Jeżeli pH buforu jest wyższe od pI białka, to będzie ono migrować w kierunku anody (ujemny ładunek – anion, jest przyciągany do niej). Z drugiej strony jeśli pH buforu jest niższe od pI białka będzie ono się poruszać w kierunku ujemnie naładowanej strony żelu (kationy będą wędrować do katody). Białko nie będzie migrować jeśli pH buforu i pI danego białka będą sobie równe.
Materiały ceramiczne
Punkt izoelektryczny jest wykorzystywany w czasie tworzenia i przetwarzanie materiałów ceramicznych. Występujące w tych materiałach tlenki metali (M-OH, gdzie M oznacza kation metalu Al, Si itd.) w wodnej zawiesinie przyjmują określoną formę w zależności od pH. Przy pH powyżej punktu izoelektrycznego na powierzchni dominują cząsteczki M-O−, zaś przy pH poniżej pI dominują cząsteczki M-OH2+. Poniżej podano wartości pI dla najczęściej stosowanych materiałów ceramicznych:
| Materiał | pI | Materiał | pI | Materiał | pI | Materiał | pI | Materiał | pI | Materiał | pI |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| WO3 | 0,2–0,5 | Ta2O5 | 2,7–3,0 | δ-MnO2 | 1,5 | Fe2O3 | 3,3–6,7 | Fe2O3 | 8,4–8,5 | ZnO | 8,7–10,3 |
| Sb2O5 | <0,4–1,9 | SnO2 | 4–5,5 (7,3) | β-MnO2 | 7,3 | CeO2 | 6,7–8,6 | α Al2O3 | 8–9 | NiO | 10–11 |
| V2O5 | 1–2 (3) | ZrO2 | 4–11 | TiO2 | 3,9–8,2 | Cr2O3 | 6,2–8,1 (7) | Si3N4 | 9 | PbO | 10,7–11,6 |
| SiO2 | 1,7–3,5 | MnO2 | 4–5 | Si3N4 | 6–7 | γ Al2O3 | 7–8 | Y2O3 | 7,15–8,95 | La2O3 | 10 |
| SiC | 2–3,5 | ITO | 6 | Fe3O4 | 6,5–6,8 | Tl2O | 8 | CuO | 9,5 | MgO | 12–13 (9,8–12,7) |
Uwaga: Powyżej przyjęto wartości pI w temperaturze 25 °C. Wartość pI może ulegać dużym odchyleniom w zależności od czynników takich jak czystość związku chemicznego czy temperatura. Dodatkowo, często różne źródła podają inne wartości pI.
Przypisy
Linki zewnętrzne
- Program do obliczania pI oraz więcej wiadomości na ten temat
- prot pi - program pozwala obliczyć teoretyczny punkt izoelektryczny z uwzglednieniem modyfikacji posttranslacyjnych
- SWISS-2DPAGE - białkowa baza danych eksperymentalnie wyznaczonych punktów izoelektrycznych na podstawie elektroforezy 2D-PAGE (~ 2,000 białek)
- Proteome-pI - baza danych zawierająca teoretyczne punkty izoelektryczne białek
This article uses material from the Wikipedia Polski article Punkt izoelektryczny, which is released under the Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 license ("CC BY-SA 3.0"); additional terms may apply (view authors). Treść udostępniana na licencji CC BY-SA 4.0, jeśli nie podano inaczej. Images, videos and audio are available under their respective licenses.
®Wikipedia is a registered trademark of the Wiki Foundation, Inc. Wiki Polski (DUHOCTRUNGQUOC.VN) is an independent company and has no affiliation with Wiki Foundation.