Punkt izoelektryczny

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj
Populacje różnych form glicyny w zależności od pH roztworu. Zielona linia wskazuje punkt izoelektryczny.
GlyH2: H3N+CH2COOH
GlyH: H3N+CH2COO
Gly: H2NCH2COO

Punkt izoelektryczny (pI, pH(I)[1]) – 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.

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 izolektrycznym 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 jego wykorzystanie w inżynierii materiałowej, gdzie istotne jest wyznaczanie punktu izoelektrycznego tlenków metali takich jak: hematyt, krzemionka, magnetyt czy tlenek cynku[2].

Punkt izoelektryczny białek i peptydów[edytuj]

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[3][4][5]. Dodatkowo, dane na temat punktu izoelektrycznego wyznaczonego eksperymentalnie zebrano w postaci baz danych SWISS-2DPAGE oraz PIP-DB[6][7] Ponadto istnieje także baza danych zawierająca teoretycznie wyznaczone punkty izoelektryczne dla wszystkich białek w Uniprot[8].

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 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.

Przypisy

  1. publikacja w otwartym dostępie – możesz ją przeczytać isoelectric point in electrophoresis [w:] A.D. McNaught, A. Wilkinson: IUPAC. Compendium of Chemical Terminology (Gold Book). Wyd. 2. Oksford: Blackwell Scientific Publications, 1997. Wersja internetowa: M. Nic, J. Jirat, B. Kosata: isoelectric point in electrophoresis (ang.), aktualizowana przez A. Jenkins. DOI: 10.1351/goldbook.I03275
  2. Marek Kosmulski, "Chemical Properties of Material Surfaces", Marcel Dekker, 2001.
  3. BJ. Cargile, JR. Sevinsky, AS. Essader, JP. Eu i inni. Calculation of the isoelectric point of tryptic peptides in the pH 3.5-4.5 range based on adjacent amino acid effects. „Electrophoresis”. 29 (13), s. 2768-2778, 2008. DOI: 10.1002/elps.200700701. PMID: 18615785. 
  4. Y. Perez-Riverol, E. Audain, A. Millan, Y. Ramos i inni. Isoelectric point optimization using peptide descriptors and support vector machines. „J Proteomics”. 75 (7), s. 2269-2274, 2012. DOI: 10.1016/j.jprot.2012.01.029. PMID: 22326964. 
  5. publikacja w otwartym dostępie – możesz ją przeczytać LP. Kozlowski. IPC - Isoelectric Point Calculator. „Biol Direct”. 11 (1), s. 55, 2016. DOI: 10.1186/s13062-016-0159-9. PMID: 27769290. PMCID: PMC5075173. 
  6. C. Hoogland, K. Mostaguir, JC. Sanchez, DF. Hochstrasser i inni. SWISS-2DPAGE, ten years later.. „Proteomics”. 4 (8), s. 2352-6, Aug 2004. DOI: 10.1002/pmic.200300830. PMID: 15274128. 
  7. E. Bunkute, C. Cummins, FJ. Crofts, G. Bunce i inni. PIP-DB: the Protein Isoelectric Point database.. „Bioinformatics”. 31 (2), s. 295-6, Jan 2015. DOI: 10.1093/bioinformatics/btu637. PMID: 25252779. 
  8. publikacja w otwartym dostępie – możesz ją przeczytać LP. Kozlowski. Proteome-pI: proteome isoelectric point database. „Nucleic Acids Res”, 2016. DOI: 10.1093/nar/gkw978. PMID: url=http://nar.oxfordjournals.org/content/early/2016/10/25/nar.gkw978.full.pdf 27789699 url=http://nar.oxfordjournals.org/content/early/2016/10/25/nar.gkw978.full.pdf. 

Linki zewnętrzne[edytuj]