Punt isoeléctrico

El punt isoeléctrico (pI) és el pH al que una molècula té càrrega elèctrica neta zero. La càrrega neta de la molècula es veu afectada pel pH al voltant del seu mig ambient i pot adquirir una càrrega més positiva o negativa pel guany o pèrdua d'electrons (H+). El concepte és particularment interessant en els aminoàcits i també en les proteïnas.

Per a un aminoàcit en solament una amina i un grup carboxilo, el pI es pot calcular a partir de la mija dels pKas de la molècula. Per a calcular-ho es deuen utilisar els pK_a.

$\mathrm{p}\mathrm{I}=\frac{1}{2}(\mathrm{p}{K}_{\mathrm{a},\mathrm{1}}+\mathrm{p}{K}_{\mathrm{a},\mathrm{2}})$

(Els valors de pK_a a considerar per a esta equació, en una taula de pH, són els que contenen a l'espècie química en càrrega igual a zero, quan tenen més d'un pK_a).

Erro al crear miniatura:

El punt isoeléctrico està representat per la llínea verda en este gràfic que representa la relació entre el pH i el percentage de formació de Glicina.

El valor de pI pot afectar la solubilidad d'una molècula a un pH donat. Estes molècules tenen una solubilidad mínima en aigua o solucions de sal al pH que correspon al seu pI, i en freqüència, precipiten fora de la solució. Les molècules anfóteras biològiques, com les proteïnes, contenen grups funcionals que són àcits i bàsics. Els aminoàcits que componen les proteïnes poden ser positiva, negativa, neutra o polar, i junts li donen a la proteïna la seua càrrega general. A un pH per baix del seu pI, les proteïnes tenen una càrrega positiva neta. A un pH per damunt del seu pI, les proteïnes duen una càrrega neta negativa. Per lo tant, les proteïnes poden ser separades per càrrega neta en un gel de poliacrilamida usant electroforesis en gel preparativa o enfoque isoeléctrico, que usa un gradient de pH per a separar proteïnes.

Els aminoàcits poden existir com a sal interna, cridada zwitterión; la càrrega neta d'estes proteïnes pot ser positiva o negativa depenent del pH de l'ambient. Açò ocorre perque un protón de l'oxigen del grup carboxilo és atret pel grup amino (-NH2), ya que al nitrogen li sobraven dos electrons de valència, que està en posició alfa i quedant este com a grup amoníac (-NH3+). Les proteïnes biològiques estan formades per composts d'aminoàcits zwitteriónicos, i per les seues capacitats de zwitterión, les proteïnes es poden separar per mig de cromatografía d'intercanvi iònic. El pI específic de la proteïna objectiu es pot usar per a modelar el procés i després el compost es pot purificar del restant de la mescla. Es poden usar tampons de varis pH per a este procés de purificació per a canviar el pH del mig ambient. Quan una mescla que conté una proteïna objectiu es carrega en un bescanviador de ions, la matriu estacionaria pot tindre càrrega positiva (per a aniones mòvils) o càrrega negativa (per a cationes mòvils). A valors de pH baixos, la càrrega neta de la majoria de les proteïnes en la mescla és positiva; en els bescanviadors de cationes, estes proteïnes carregades positivament s'unixen a la matriu carregada negativament. A valors alts de pH, la càrrega neta de la majoria de les proteïnes és negativa, a on s'unixen a la matriu carregada positivament en els bescanviadors de aniones. Quan l'entorn té un valor de pH igual al pI de la proteïna, la càrrega neta és zero i la proteïna no està unida a cap bescanviador i, per lo tant, pugues eluirse.

Punt isoeléctrico de pèptids i proteïnes

Les molècules complexes, tals com les proteïnes, es combinen en els ions hidrogen i en atres ions presents en la dissolució, donant lloc a la càrrega neta de la molècula. A la concentració d'ions hidrogen, o al pH, per al qual la concentració del ion híbrit d'una proteïna és màxima i el moviment net de les molècules de solut en un camp elèctric és pràcticament nul, se li denomina punt isoeléctrico.

Una proteïna en excés d'aminoàcits bàsics (arginina, lisina i/o histidina) tindrà un punt isoeléctrico aproximadament superior a 7 (bàsic), mentres que una proteïna en excés d'aminoàcits àcits (àcit aspártico i/o àcit glutámico) moltes voltes tindrà un punt isoeléctrico inferior a 7 (àcit). La separació electroforética llineal (horisontal) de proteïnes per pI a lo llarc d'un gradient de pH en un gel de poliacrilamida (també conegut com a enfocament isoeléctrico), seguit d'una separació llineal (vertical) de pes molecular estàndart en un segon gel de poliacrilamida (SDS-PAGE), constituïx la cridada electroforesis en gel bidimensional o PAGE 2D. Esta tècnica permet una separació completa de proteïnes com "taques" distintes, en proteïnes d'alt pes molecular i baixa pI que migran a la part superior esquerra del gel bidimensional, mentres que proteïnes en baix pes molecular i alta pI s'ubiquen en la part avall a la dreta del mateix gel.