נקודה איזואלקטרית

התוצאות המתקבלות מאלקטרופורזה דו-ממדית. לאורך ציר ה-X מתמיינים החלבונים לפי הנקודה האיזואלקטרית שלהם, ולאורך ציר ה-Y - לפי משקלם המולקולרי

בביוכימיה ובכימיה אנליטית, הנקודה האיזואלקטרית (pI, קיצור באנגלית של Point Isoelectric) של מולקולה הינה ערך ה-pH בו המולקולה אינה טעונה חשמלית. המונח מתייחס בדרך-כלל לחלבונים.

חומצות האמינו, המרכיבות את החלבונים, עשויות להיות בעלות מטען חשמלי. ישנן מספר קבוצות פונקציונליות המופיעות בחומצות האמינו אשר עשויות לקבל מטען חשמלי:

• קבוצת הקרבוקסיל (COOH) עשויה לאבד את אטום המימן שלה ולהפוך ליון קרבוקסילט (^-COO), בעל מטען שלילי של 1-
• קבוצת האמין (NH₂) עשויה לקלוט אטום מימן ולהפוך ליון אמין (⁺NH₃), בעל מטען חיובי של 1+.
• קבוצת הידרוקסיל (OH) וקבוצת סולפהידריל (SH) מסוגלות לקלוט אטום מימן ולהפוך ליון חיובי.

קיימות 7 חומצות אמינו בעלות שיירים מסוג זה, העשויים לקבל מטען חשמלי:

• שתי חומצות האמינו החומציות - חומצה אספרטית וחומצה גלוטמית - מכילות קבוצת קרבוקסיל בשייר שלהן. קבוצה זו מסוגלת, כאמור, להפוך ליון שלילי.
• שלוש חומצות האמינו הבסיסיות - ליזין, ארגינין והיסטידין - מכילות קבוצת אמין בשייר שלהן. קבוצה זו מסוגלת, כאמור, להפוך ליון חיובי.
• השייר של טירוזין מכיל הידרוקסיל, והשייר של ציסטאין מכיל סולפהידריל. קבוצות אלו מסוגלות, כאמור, להפוך ליון חיובי.

איבוד וקליטת אטומי המימן תלויים באופן הדוק ברמת החומציות (ה-pH) בסביבה בה נמצאת חומצת האמינו. בסביבה חומצית קיים עודף של יוני מימן, והם מגיבים עם מולקולות המים ליצירת יוני הידרוניום, ⁺H₃O. יוני ההידרוניום אינם יציבים ונוטים למסור את יון המימן שלהם לכל מולקולה ה"מוכנה" לקבלו. לפיכך, בסביבה חומצית, קיים סיכוי גבוה שקבוצות הקרבוקסיל של חומצות האמינו יכילו אטום מימן (כלומר, יופיעו בצורה הנייטרלית COOH ללא מטען חשמלי), ושקבוצות האמין, ההידרוקסיל והסולפהידריל יכילו אף הן אטום מימן עודף ויופיעו בצורתן החיובית, ⁺NH₃ לדוגמה.

בסביבה בסיסית, לעומת זאת, קיים עודף של יוני הידרוקסיד (^-OH). יונים אלו מושכים אליהם בחוזקה יוני מימן. לפיכך, בסביבה בסיסית, קיים סיכוי גבוה שקבוצות הקרבוקסיל של חומצות האמינו יאבדו אטום מימן (כלומר, יופיעו עם מטען שלילי ^-COO), ושקבוצות האמין, ההידרוקסיל והסולפהידריל יאבדו אף הן אטום מימן אחד ויופיעו בצורתן הנייטרלית, NH₂ לדוגמה.

בכדי לחשב את המטען הכולל של חומצת אמינו יש לחבר את סך המטענים הקיימים בה ב-pH מסוים. לדוגמה, ברמת pH של 12 חומצה אספרטית מאבדת יוני מימן מכל הקבוצות האפשריות. ב-pH זה, אם כן, קבוצת הקרבוקסיל שלה שלילית, קבוצת האמין נייטרלית ושייר הקרבורסיל שלילי אף הוא. המטען הכולל של חומצה אספרטית ברמת pH של 12 הינו, לפיכך, 2-.

מיקוד איזואלקטרי

מיקוד איזואלקטרי הוא שיטה אנליטית לקביעת ה-pI של חלבונים, וכן להפרדת חלבונים לפי ההבדל ב-pI שלהם.בשיטת המיקוד האיזואלקטרי מכניסים למבחנה ג'ל שבו יוצרים שכבות של חומציות שונה ע"י שימוש בחומצות ובסיסים אורגאניים בעלי משקל מולקולרי שונה, מכניסים למבחנה תערובת של חלבונים וכל חלבון ינדוד לpH ששווה לpI של אותו חלבון. ניתן לשלב בין מיקוד איזואלקטרי ואלקטרופורזה לשיטה הנקראת אלקטרופורזה דו-ממדית ומשמשת להפרדת חלבונים על ג'ל. השיטה המשולבת, אשר הומצאה בשנת 1975, מדויקת ויעילה בהרבה משתי השיטות כשהן מיושמות בנפרד.

ראו גם

• משוואת הנדרסון-האסלבאך