Isoelektriska punkten

Isoelektriska punkten beskriver den punkt (i pH) där en molekyl (exempelvis en aminosyra eller ett protein) inte har någon nettoladdning. Laddningen förändras beroende på pH på grund av att moleylen tar upp eller ger bort vätejoner.

Isoeletriska punkten förkortas Ip (i gymnasiekemin) eller pI (de flesta ställen inom kemin). Det som rekommenderas från IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) är att man använder pH(I) som beteckning. I denna artikel kommer vi att använda pH(I) på grund av riktlinjerna.

Nyttan av isoelektrisk punkt

Den isoelektriska punkten kan användas för många syften, speciellt inom biokemin. Under en elektrofores (när molekyler rör sig under ett elektriskt fält) kommer molekylerna att vandra tills de inte längre har någon nettoladdning. När denna punkt nås påverkar det elektriska fältet inte längre molekylen, och den stannar på ett visst ställe i förhållande till andra molekyler.

På grund av att molekylerna inte har någon nettoladdning kommer de även att klumpa ihop sig (på grund av hydrofoba interaktioner) och interagera mellan laddade delar om vi pratar om zwitterjoner (små molekyler med en positiv, och en negativ laddning samtidigt). Detta gör att molekylerna ofta faller ut vid sin isoelektriska punkt. pH-värdet påverkar med andra ord lösligheten av molekyler, om de har sura eller basiska grupper.

Isoelektrisk punkt för aminosyror

pH(I) för de olika aminosyrorna finns definierat i olika uppslagsverk, och du kommer inte att behöva räkna ut det värdet på något sätt. Vi tar och visualiserar vad som händer med en aminosyra vid olika pH.

En aminosyras laddning förändras med pH-värdet i dess omgivning.

Vi använder oss av en påhittad aminosyra med pH(I) ~ 7.

Där gäller att:

Om pH i din lösning ligger på 4, så kommer formen längst till vänster att dominera.

Om pH i din lösning ligger på 6-8, så kommer formen i mitten att dominera.

Om pH i din lösning ligger på 10, så kommer formen längst till höger att dominera.

Att beräkna den isoelektriska punkten

Den isoelektriska punkten befinner sig alltid på det ställe där man inte har någon nettoladdning. Om vi har en funktion i molekylen som fungerar som en bas, och en som fungerar som en syra så ligger den isoelektriska punkten precis mitt emellan de pKa-värden som respektive funktion har. Med en formel hade vi kunna uttrycka det såhär:

\(\mathrm{pH(I) = \frac{p\mathit{K}_{a1} + p\mathit{K}_{a2}}{2}}\)

Ett lite mer komplicerat fall

Säg att det är en aminosyra vi har att göra med, och att vi har en basisk grupp i sidokedjan. Detta gör att molekylen har tre olika pKa-värden, vilket gör det hela lite jobbigare. En syrafunktion, och två basfunktioner. Vid neutralt pH kommer molekylen att ha en nettoladdning på 1+. Den isoelektriska punkten kommer att befinna sig mellan de två pKa-värdena som baserna har, då detta är den punkt där vi har en minusladdning från den deprotonerade syran, noll laddning från den deprotonerade basen, och en plusladdning från den protonerade basen. Säg att pKa1 beskriver syran, och att pKa2 och pKa3 beskriver baserna. Vi kan då beskriva den isoelektriska punkten såhär:

\(\mathrm{pK_{a1} < pH 7 < pK_{a2} < pH(I) < pK_{a3}}\)

För att beräkna den isoelektriska punkten pH(I) gör vi på följande vis:

\(\mathrm{pH(I) = \frac{p\mathit{K}_{a2} + p\mathit{K}_{a3}}{2}}\)

Vi använder med andra ord fortfarande två pKa-värden, men vi måste vara väldigt noga med vilka värden det är vi använder.

Det fungerar precis tvärt om ifall aminosyrans sidokedja hade varit sur. pKa1 och pKa2 beskriver syrorna. Vi kan då uttrycka den isoelektriska punkten på följande sätt:

\(\mathrm{p\mathit{K}_{a1}\lt pH(I)\lt p\mathit{K}_{a2}\lt pH\,7\lt p\mathit{K}_{a3}}\)

När pH är mellan pKa1 och pKa2 så kommer den starkaste syran att vara deprotonerad (negativ), den svagare syran är protonerad (oladdad) och basen är protonerad (positivt laddad). Det är då de två lägsta pKa-värdena vi ska använda:

\(\mathrm{pH(I) = \frac{p\mathit{K}_{a1} + p\mathit{K}_{a2}}{2}}\)

Övningsuppgifter

Övningsuppgift 1Svar
Den isoelektriska punkten beskriver vid vilket pH en molekyl inte har någon laddning. Rätt eller fel?
Fel. Den beskriver vid vilket pH som där en molekyl inte har någon nettoladdning. Molekylen kan exempelvis vara en zwitterjon vid pH(I), eller vara ett protein med massvis av sura och basiska grupper. Nettoladdningen är dock 0 vid pH(I).
Övningsuppgift 2Svar
Vid pH > pH(I) så är molekylen positivt laddad. Rätt eller fel?
Fel. När pH är höge än pH(I) så kommer molekylen att ge ifrån sig vätejoner. Molekylen blir då negativt laddad.
Övningsuppgift 3Svar
Beräkna den isoelektriska punkten för en molekyl med en basfunktion och en syrafunktion som har pKa-värdena:

pKa1= 4,2

pKa2= 9,3

Då vi har en syrafunktion och en basfunktion så innebär det att molekylen är totalt sett oladdad mellan de två pKa-värdena:

\(\mathrm{pH(I) = \frac{p\mathit{K}_{a1} + p\mathit{K}_{a2}}{2} = \frac{4,2 + 9,3}{2} = 6,75}\)

Övningsuppgift 4 (medlemsuppgift)
Här finns en lurig räkneuppgift på isoelektriska punkten som visas för dig med ett studentkonto eller skolkonto.
Övningsuppgift 5 (medlemsuppgift)
Här finns en räkneuppgift på isoelektriska punkten för en molekyl med flera syra- och basfunktioner som visas för dig med ett studentkonto eller skolkonto.

Artikeln skriven av Matias Ekstrand. Lämna feedback / ställ en fråga.
Publicerad 24 juli 2011. Senast uppdaterad 4 februari 2017.

Comments are closed