什么是等电点?
等电点(pI)是指分子(通常为氨基酸、多肽或蛋白质)所带净电荷为零时对应的 pH 值。在这一 pH 下,分子所带的正电荷与负电荷相互抵消,因此在电场中不会发生迁移。等电点是生物化学中的一个基本性质,广泛应用于蛋白质纯化(如等电聚焦)和色谱分析等领域。
如何使用本计算器
输入两个 pKa 值,它们应分别位于目标分子中性形式的两侧。对于不含可电离侧链的简单氨基酸来说,这两个值就是羧基的 pKa(pKa1,酸性较强)和氨基的 pKa(pKa2,酸性较弱)。计算器会立即取两者的算术平均值,给出 pI 结果。
公式详解
中性的两性离子(zwitterion)形式存在于两种带电形式之间。位于其下方的 pKa(pKa1)对应着 +1 形式失去一个质子的过程;位于其上方的 pKa(pKa2)则对应着中性形式失去一个质子、生成 −1 形式的过程。当 +1 形式与 −1 形式的数量相等时——也就是净电荷为零的那一点——对应的 pH 正好是两者的平均值:
$$\text{pI} = \dfrac{\text{pKa}_1 + \text{pKa}_2}{2}$$
计算示例
以甘氨酸为例,pKa1(COOH)≈ 2.34,pKa2(NH3+)≈ 9.60。其等电点为
$$\text{pI} = \dfrac{2.34 + 9.60}{2} = \dfrac{11.94}{2} = \mathbf{5.97}$$
这与甘氨酸广为人知的实验测定值完全吻合。
常见问题
我应该使用哪两个 pKa 值? 请使用净电荷为零的那种形式两侧的两个 pKa 值。对于带有可电离侧链的氨基酸,应选取夹在中性形式两侧的那两个 pKa 值。
这个公式适用于蛋白质吗? 这种简单的双 pKa 取平均的方法适用于小分子和不带电荷侧链的氨基酸。完整的蛋白质则需要将所有可电离基团的贡献逐一加和才能求出 pI。
等电点能告诉我什么? 它表示分子溶解度最低、且在电场中不会迁移的那个 pH 值,对沉淀分离和等电聚焦等操作很有参考价值。