什麼是等電點?
等電點(isoelectric point,簡稱 pI)是指分子——通常是胺基酸、胜肽或蛋白質——整體淨電荷為零時的 pH 值。在這個 pH 下,分子上的正電荷與負電荷恰好相互抵消,因此在電場中不會發生移動。pI 是生物化學中的基本性質,廣泛應用於蛋白質純化(等電聚焦,isoelectric focusing)以及層析(chromatography)等技術。
如何使用本計算器
請輸入夾住分子中性型態的兩個 pKa 值。對於沒有可解離側鏈的簡單胺基酸來說,這兩個值分別是羧基的 pKa(\(\text{pKa}_1\),酸性較強)與胺基的 pKa(\(\text{pKa}_2\),酸性較弱)。計算器會立即以兩者的算術平均值回傳 pI。
公式說明
中性的兩性離子(zwitterion)型態介於兩種帶電型態之間。位於其下方的 pKa(\(\text{pKa}_1\))控制 +1 型態失去一個質子的過程;位於其上方的 pKa(\(\text{pKa}_2\))則控制中性型態再失去一個質子、形成 −1 型態的過程。當 +1 型態與 −1 型態的數量相等時,分子的淨電荷剛好為零,此時的 pH 即為兩者的平均值:
$$\text{pI} = \dfrac{\text{pKa}_1 + \text{pKa}_2}{2}$$
範例演算
以甘胺酸(glycine)為例,\(\text{pKa}_1\)(COOH)≈ 2.34,\(\text{pKa}_2\)(NH3+)≈ 9.60。其等電點為
$$\text{pI} = \frac{2.34 + 9.60}{2} = \frac{11.94}{2} = \mathbf{5.97}$$這與甘胺酸眾所周知的實驗值相符。
常見問題
我應該使用哪兩個 pKa 值?請選用夾住淨電荷為零的型態的那兩個 pKa 值。對於帶有可解離側鏈的胺基酸,請挑選圍繞中性型態的那兩個 pKa 值。
這個算法適用於蛋白質嗎?這種簡單的「兩個 pKa 取平均」方法適用於小分子,以及不含帶電側鏈的胺基酸。完整的蛋白質則需要把所有可解離基團的貢獻加總後計算。
pI 能告訴我什麼?它代表分子溶解度最低、且在電場中不會移動的 pH 值,對於沉澱反應與等電聚焦特別有用。