タンパク質の等電点（pI）とは

定義

等電点 pI は、タンパク質の正味の電荷がゼロになる pH です。pI より低い pH では塩基性基がプロトン化されるためタンパク質は正に帯電し、pI より高い pH では酸性基がプロトンを失うため負に帯電します。

電荷の由来

7 種類の側鎖と両末端が、pH に応じて電荷を変えます。それぞれに pKa、つまり半分が帯電する pH があります。おおよその値：

• 酸性（pKa より上で負）：C 末端（約 3.5）、アスパラギン酸（3.9）、グルタミン酸（4.1）、システイン（8.3）、チロシン（10.1）。
• 塩基性（pKa より下で正）：ヒスチジン（6.0）、N 末端（約 8.0）、リジン（10.5）、アルギニン（12.5）。

正確な pKa は表（EMBOSS、Lehninger、Bjellqvist）によって異なります。同じ配列でもツールごとに pI がわずかに違うのはそのためです。

計算方法

仮の pH について、各基の電荷を Henderson-Hasselbalch 式で求めます。塩基性基は +1 ÷ (1 + 10^{pH − pKa})、酸性基は −1 ÷ (1 + 10^{pKa − pH}) を寄与します。配列全体で足し合わせると、その pH での正味電荷になります。あとは二分法で pH を調整し、正味電荷がゼロになる点を探します。リジンやアルギニンの多いタンパク質は pI が高く、アスパラギン酸やグルタミン酸に富むものは pI が低くなります。

pI の使いどころ

• 等電点電気泳動と二次元電気泳動：タンパク質は pH 勾配の中を自分の pI に達するまで移動して止まります。
• イオン交換クロマトグラフィー：pI より低い pH では陽イオン交換体に、pI より高い pH では陰イオン交換体に結合します。
• 溶解度：タンパク質は pI 付近で最も溶けにくくなります。沈殿に利用される一方、保存バッファーは pI から少なくとも 1 pH 単位離します。

計算する

タンパク質の等電点は、1 本でも複数でも、pI と任意の pH での正味電荷を求めます。タンパク質統計はアミノ酸組成を、タンパク質の分子量はダルトン単位の質量を加えます。