등전점이란?
등전점(pI, isoelectric point)은 분자 — 보통 아미노산, 펩타이드, 단백질 — 가 전기적으로 알짜 전하(net charge)를 갖지 않는 pH를 말합니다. 이 pH에서는 양전하와 음전하가 정확히 균형을 이루기 때문에 전기장 안에서 분자가 이동하지 않습니다. 등전점은 생화학은 물론 단백질 정제(등전점 전기영동), 크로마토그래피 등에서 널리 활용되는 기본 물성입니다.
계산기 사용 방법
분자의 중성 형태를 양옆에서 감싸는 두 개의 pKa 값을 입력하세요. 곁사슬(side chain)에 이온화기가 없는 단순한 아미노산이라면, 카복실기의 pKa(pKa1, 더 산성)와 아미노기의 pKa(pKa2, 덜 산성)가 이에 해당합니다. 계산기는 두 값의 산술 평균으로 pI를 즉시 계산해 보여줍니다.
공식 풀이
양쪽성 이온(zwitterion) 형태인 중성 화학종은 두 개의 하전 형태 사이에 존재합니다. 아래쪽 pKa(pKa1)는 +1 형태에서 양성자가 떨어져 나가는 과정을, 위쪽 pKa(pKa2)는 중성 형태에서 양성자가 떨어져 −1 형태가 되는 과정을 지배합니다. +1 형태와 −1 형태의 양이 같아지는 pH — 즉 알짜 전하가 0이 되는 지점 — 은 두 값의 평균과 같습니다:
$$\text{pI} = \dfrac{\text{pKa}_1 + \text{pKa}_2}{2}$$
예제 풀이
글리신(glycine)의 경우 pKa1(COOH) ≈ 2.34, pKa2(NH3+) ≈ 9.60 입니다. 따라서 등전점은 $$\text{pI} = \dfrac{2.34 + 9.60}{2} = \dfrac{11.94}{2} = \mathbf{5.97}$$ 이 됩니다. 이는 글리신의 잘 알려진 실험값과 정확히 일치합니다.
자주 묻는 질문
어떤 두 개의 pKa 값을 써야 하나요? 알짜 전하가 0인 화학종을 양옆에서 감싸는 두 개의 pKa 값을 사용하세요. 이온화 가능한 곁사슬이 있는 아미노산이라면, 중성 형태를 둘러싼 두 pKa 값을 선택하면 됩니다.
단백질에도 적용되나요? 두 pKa의 평균을 이용하는 이 간단한 방법은 하전된 곁사슬이 없는 저분자나 아미노산에 적합합니다. 완전한 단백질의 pI는 모든 이온화기의 기여도를 합산해야 정확히 구할 수 있습니다.
pI는 무엇을 알려주나요? 분자의 용해도가 가장 낮아지고 전기장에서 이동하지 않는 pH를 알려줍니다. 단백질 침전이나 등전점 전기영동을 설계할 때 매우 유용합니다.
