נקודה איזואלקטרית
ויקיפדיה האנציקלופדיה encyclopedia
בביוכימיה ובכימיה אנליטית, הנקודה האיזואלקטרית (pI, קיצור באנגלית של Point Isoelectric) של מולקולה היא ערך ה-pH בו נטו המטען של המולקולה הוא אפס אבל היא טעונה במטענים נקודתיים מהקבוצות הפונקציונליות השונות. המונח מתייחס בדרך-כלל לחלבונים.
חומצות האמינו, המרכיבות את החלבונים, עשויות להיות בעלות מטען חשמלי. ישנן מספר קבוצות פונקציונליות המופיעות בחומצות האמינו אשר עשויות לקבל מטען חשמלי:
- קבוצת הקרבוקסיל (COOH) עשויה לאבד את אטום המימן שלה ולהפוך ליון קרבוקסילט (-COO), בעל מטען שלילי של 1-.
- קבוצת האמין (NH2) עשויה לקלוט אטום מימן ולהפוך ליון אמין (+NH3), בעל מטען חיובי של 1+.
- קבוצת הידרוקסיל (OH) וקבוצת סולפהידריל (SH) הן חומצות חלשות מאוד ולכן כמו האספרטית והגלוטמית גם הן מסוגלות לקלוט אטום מימן ולהפוך לאיזואלקטריים כאשר ה- pH יורד מתחת ל-pK שלהן.
קיימות 7 חומצות אמינו בעלות שיירים מסוג זה, העשויים לקבל מטען חשמלי:
- שתי חומצות האמינו החומציות - חומצה אספרטית וחומצה גלוטמית - מכילות קבוצת קרבוקסיל בשייר שלהן. קבוצה זו מסוגלת להפוך ליון שלילי ב- pH נמוך יחסית.
- שלוש חומצות האמינו הבסיסיות - ליזין, ארגינין והיסטידין - מכילות קבוצת אמין בשייר שלהן. קבוצה זו מסוגלת להפוך ליון חיובי.
- השייר של טירוזין מכיל הידרוקסיל, והשייר של ציסטאין מכיל סולפהידריל. קבוצות אלו מסוגלות להפוך ליון שלילי אבל רק ב- pH גבוה יחסית, כלומר הן חומצות חלשות.
איבוד וקליטת אטומי המימן תלויים באופן הדוק ברמת החומציות (ה-pH) בסביבה בה נמצאת חומצת האמינו. בסביבה חומצית קיים עודף של יוני מימן, והם מגיבים עם מולקולות המים ליצירת יוני הידרוניום, +H3O. יוני ההידרוניום אינם יציבים ונוטים למסור את יון המימן שלהם לכל מולקולה ה"מוכנה" לקבלו. לפיכך, בסביבה חומצית, קיים סיכוי גבוה שקבוצות הקרבוקסיל של חומצות האמינו יכילו אטום מימן (כלומר, יופיעו בצורה הנייטרלית COOH ללא מטען חשמלי), ושקבוצות האמין, ההידרוקסיל והסולפהידריל יכילו אף הן אטום מימן עודף ויופיעו בצורתן החיובית, +NH3 לדוגמה.
בסביבה בסיסית, לעומת זאת, קיים עודף של יוני הידרוקסיד (-OH). יונים אלו מושכים אליהם בחוזקה יוני מימן. לפיכך, בסביבה בסיסית, קיים סיכוי גבוה שקבוצות הקרבוקסיל של חומצות האמינו יאבדו אטום מימן (כלומר, יופיעו עם מטען שלילי -COO), ושקבוצות האמין, ההידרוקסיל והסולפהידריל יאבדו אף הן אטום מימן אחד ויופיעו בצורתן הנייטרלית, NH2 לדוגמה.
כדי לחשב את המטען הכולל של חומצת אמינו יש לחבר את סך המטענים הקיימים בה ב-pH מסוים. לדוגמה, ברמת pH של 12 חומצה אספרטית מאבדת יוני מימן מכל הקבוצות האפשריות. ב-pH זה, אם כן, קבוצת הקרבוקסיל שלה שלילית, קבוצת האמין נייטרלית ושייר הקרבורסיל שלילי אף הוא. המטען הכולל של חומצה אספרטית ברמת pH של 12 הוא, לפיכך, 2-.