ما هي النقطة المتعادلة كهربائياً؟
النقطة المتعادلة كهربائياً (pI) هي قيمة الأس الهيدروجيني (pH) التي يصبح عندها صافي الشحنة الكهربائية للجزيء — وعادةً ما يكون حمضاً أمينياً أو ببتيداً أو بروتيناً — مساوياً للصفر. عند هذه القيمة تتوازن الشحنات الموجبة والسالبة، فلا يتحرك الجزيء في المجال الكهربائي. وتُعد النقطة المتعادلة كهربائياً خاصية أساسية تُستخدم في الكيمياء الحيوية، وتنقية البروتينات (التركيز المتساوي الكهربية)، وفصل المواد بالكروماتوغرافيا.
كيفية استخدام الحاسبة
أدخل قيمتي pKa اللتين تحيطان بالصورة المتعادلة لجزيئك. بالنسبة لحمض أميني بسيط لا يحتوي على سلسلة جانبية قابلة للتأين، تكون هاتان القيمتان هما pKa لمجموعة الكربوكسيل (pKa1، وهي الأكثر حمضية) و pKa لمجموعة الأمين (pKa2، وهي الأقل حمضية). وتعرض الحاسبة قيمة pI فوراً باعتبارها المتوسط الحسابي للقيمتين.
شرح المعادلة
توجد الصورة المتعادلة المتأينة المزدوجة (zwitterion) بين صورتين مشحونتين. فقيمة pKa الأدنى منها (pKa1) تحكم فقدان بروتون من الصورة ذات الشحنة (1+)، بينما تحكم قيمة pKa الأعلى منها (pKa2) فقدان بروتون من الصورة المتعادلة لتنتج صورة ذات شحنة (1−). وقيمة الأس الهيدروجيني التي يتساوى عندها عدد الجزيئات ذات الشحنة (1+) مع تلك ذات الشحنة (1−) — أي نقطة صافي الشحنة الصفرية — هي ببساطة متوسطهما: $$\text{pI} = \dfrac{\text{pKa}_1 + \text{pKa}_2}{2}$$
مثال محلول
بالنسبة للجلايسين، تكون pKa1 (COOH) ≈ 2.34 و pKa2 (NH3+) ≈ 9.60. ومن ثم تكون النقطة المتعادلة كهربائياً $$\text{pI} = \dfrac{2.34 + 9.60}{2} = \dfrac{11.94}{2} = \mathbf{5.97}$$ وهذه القيمة تتطابق مع القيمة التجريبية المعروفة للجلايسين.
الأسئلة الشائعة
أي قيمتي pKa ينبغي أن أستخدم؟ استخدم قيمتي pKa اللتين تحيطان بالصورة ذات صافي الشحنة الصفري. وبالنسبة للأحماض الأمينية ذات السلاسل الجانبية القابلة للتأين، اختر قيمتي pKa المحيطتين بالصورة المتعادلة.
هل تصلح هذه الطريقة للبروتينات؟ إن متوسط القيمتين البسيط هذا يصلح للجزيئات الصغيرة والأحماض الأمينية التي لا تحتوي على سلاسل جانبية مشحونة. أما البروتينات الكاملة فتتطلب جمع مساهمات جميع المجموعات القابلة للتأين.
ماذا تخبرني قيمة pI؟ تشير إلى قيمة الأس الهيدروجيني التي يكون عندها الجزيء أقل قابلية للذوبان ولا يتحرك في المجال الكهربائي، وهو ما يفيد في عمليات الترسيب والتركيز المتساوي الكهربية.
