التعريف
نقطة التعادل الكهربائي، pI، هي الـ pH الذي لا يحمل عنده البروتين شحنة كهربائية صافية. تحت الـ pI يكون البروتين موجب الشحنة، لأن مجموعاته القاعدية مُبرتنة؛ وفوقها يكون سالبًا، لأن مجموعاته الحمضية فقدت بروتوناتها.
من أين تأتي الشحنة
سبع سلاسل جانبية وطرفا السلسلة تتغير شحنتها مع الـ pH. لكل منها pKa، وهو الـ pH الذي تكون عنده نصف مشحونة. قيم تقريبية:
- الحمضية (سالبة فوق pKa الخاصة بها): الطرف C (نحو 3.5)، والأسبارتات (3.9)، والغلوتامات (4.1)، والسيستئين (8.3)، والتيروزين (10.1).
- القاعدية (موجبة تحت pKa الخاصة بها): الهستيدين (6.0)، والطرف N (نحو 8.0)، والليسين (10.5)، والأرجينين (12.5).
تختلف قيم pKa الدقيقة بين الجداول (EMBOSS وLehninger وBjellqvist)، ولهذا تعطي أدوات مختلفة قيم pI مختلفة قليلًا للتسلسل نفسه.
كيف تُحسب
لـ pH تجريبي، تُحسب شحنة كل مجموعة بمعادلة هندرسون-هاسلبالخ: تساهم المجموعة القاعدية بـ +1 ÷ (1 + 10pH − pKa) والحمضية بـ −1 ÷ (1 + 10pKa − pH). وبجمعها على التسلسل كله تُحصل الشحنة الصافية عند ذلك الـ pH. ثم يُعدّل الـ pH، بالتنصيف، حتى تصبح الشحنة الصافية صفرًا. البروتين الغني بالليسين والأرجينين ينتهي بـ pI عالية؛ والغني بالأسبارتات والغلوتامات pI منخفضة.
فيمَ تفيد الـ pI
- التركيز الكهربائي المتساوي والهلام ثنائي الأبعاد: يهاجر البروتين في تدرج pH حتى يبلغ الـ pI الخاصة به فيتوقف.
- كروماتوغرافيا التبادل الأيوني: عند pH تحت الـ pI يرتبط البروتين بمبادل كاتيوني؛ وفوقها، بمبادل أنيوني.
- الذوبانية: البروتينات أقل ذوبانًا قرب الـ pI، وهذا يُستغل لترسيبها، وهو سبب إبقاء محاليل التخزين على بعد وحدة pH واحدة على الأقل.
احسبها
تعطي أداة نقطة التعادل الكهربائي للبروتين الـ pI والشحنة الصافية عند الـ pH الذي تختاره، لتسلسل واحد أو عدة تسلسلات. وتضيف إحصاءات البروتين تركيب الأحماض الأمينية، ويضيف الوزن الجزيئي للبروتين الكتلة بالدالتون.