氨基酸的等电点(及计算方法)

氨基酸的等电点(及计算方法)

氨基酸的等电点是其pH值网电荷。

• 氨基酸有一个氨基组和a羧酸
• 虽然它们通常以中性形式绘制，但在pH值为7(生理pH值)的水溶液中，它们的结构更准确地描述为两性离子(一种内盐)-盐和盐之间酸碱反应的产物羧酸和胺．
• 的两性离子形式有两个点电荷，但是有一个网电荷为0。
• 实际上，氨基酸上的电荷只平衡到零在一个特定的pH值，称为等电点π。在这个pH值下，氨基酸不会在外加电场中迁移。
• 对于具有中性侧链的氨基酸，pI可以通过pK的平均值来计算_一个的值羧酸而且铵组
• 对于具有酸性侧链的氨基酸，pI可以通过pK的平均值来计算_一个两者的值大多数酸性组
• 对于具有碱基侧链的氨基酸，pI可以通过pK的平均值来计算_一个的值至少酸性组

目录

1. 氨基酸为两性离子
2. 等电点pI是正负电荷平衡的pH值
3. 由pKa值计算等电点pI
4. 含酸性侧链氨基酸的pI计算
5. 含碱性侧链氨基酸的pI计算
6. 总结
7. 笔记
8. 测试你自己!
9. (高级)参考资料和进一步阅读

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1.氨基酸作为两性离子

氨基酸包含一个羧酸还有一个氨基。我们通常喜欢这样画它们:

虽然简单，但这些图并不能准确地表达这些分子的物理性质，尤其是在生理条件下。

当一个羧酸(pH值4)加入到含有胺(R-NH₂),一个酸碱反应迅速发生，从而形成铵盐R-NH_3.(+)与pK_一个大约9个。

这是一个有利的平衡是因为反应从强酸和强碱到弱酸和弱碱。［见文章:如何使用pKa表］

氨基酸和羧酸的行为有什么不同吗胺我们所熟悉的?

不!氨基酸是酸．他们也是基地含氨基的含有氨基的这个词两性常用于描述氨基酸，意思是它们既能充当酸又能充当碱。

溶解于水中时(特别是当溶解在极性溶剂水!)，我们同样应该期望酸碱反应之间羧酸和胺．

这是最简单的氨基酸的样子，甘氨酸．的pK_一个的羧酸是2.24,pK_一个是9.60。

甘氨酸已成为一种盐，带一个负电荷羧酸盐基团和一个正电荷铵组。

这些“内盐”被称为既。注意，如图所示，这个分子没有网因为正电荷和负电荷相等。

甘氨酸[233°C]和其他氨基酸的高熔点与此更为一致两性离子结构，而不是通常画的中性形式。

2.等电点pI是正负电荷平衡的pH值

在实践中，两性离子氨基酸的净电荷只有在很窄的pH值范围内才为零。

负电荷和正电荷处于平衡状态时的pH值称为等电点．

在pH值低于或高于等电点时，分子将负净积极的或净负分别负责。

可以通过将氨基酸样本应用到经过特殊处理的纸张或凝胶上，并在不同的pH值下施加电场来测试这一点，这种技术被称为电泳．净电荷为零的分子会不在电场中迁移，而带正电荷或负电荷的电荷将分别向阴极或阳极迁移。

为什么会这样呢?让我们来看看它的典型氨基酸两性离子的形式。

的羧酸盐基团是弱碱，而铵盐是一种弱酸。

如果pH值降低到一个足够低的值(例如pH值1)，那么羧酸盐盐将是质子化了的给予中性羧酸，分子的净电荷为+1。

如果pH值增加到足够高的值(例如pH值14)，则铵盐将是deprotonated给予中性胺．分子的净电荷是-1。

把所有这些酸碱反应放在一起，从低pH值到高pH值，我们得到:

对于一种典型的氨基酸来说，pH值的范围是带正电的形式占主导地位，另一个是中性形式占主导地位，最后一个是带负电的形式占主导地位。

我们甚至可以画出mol百分比与pH值的关系图，想象它看起来像下面这样。

的等电点，π应该在两点的中间一个而且B每个酸的浓度都相等共轭碱．

［注1-更详细的计算，请参考这个网站]

3.等电点的计算公式

如果有一个公式可以用来计算点的pH值就好了一个而且B在上图中，酸和它的共轭碱都以相同的浓度存在。

谢天谢地，我们的老朋友Henderson-Hasselbalch方程给了我们答案!

当一种酸的浓度与它的浓度相等时共轭碱，溶液的pH值就等于pK_一个酸的。

［有关更详细的处理，请参见注2］

这意味着这两点一个而且B上面的草图对应pK_一个值氨基酸的。

为了得到等电点，我们要做的就是平均这两个值。

谢天谢地，pK_一个所有蛋白源性氨基酸的值已通过实验确定。

的pK_一个例如，甘氨酸的值为2.34(对于羧酸),9.60(对于铵）.

加上两个pK_一个值加在一起再除以2得到的值是5.97对于等电点。

这是一个有一些结构和pK的表格_一个氨基酸值。

除了半胱氨酸和酪氨酸(它们都有3pk)外，这个表省略了具有酸性和碱性侧链的氨基酸_一个值)。

看看你能不能计算出等电点。

4.酸性侧链

通过两个pK的平均得到pI_一个氨基酸的值很简单。

但是当氨基酸含有酸性侧链时会发生什么，比如谷氨酸(Glu)和天冬氨酸(Asp)?这对等电点有什么影响?

首先，让我们来猜测一下。你认为pI会因为酸性侧链而变低还是变高?

当我们从极低的pH值到高的pH值时，回顾一下分子的变化可能会有帮助。

我们以天冬氨酸为例。

• 在极低的pH值(例如pH值1)下，两种羧酸都应该与氨基一起质子化，净电荷为+1。
• 随着酸度的降低，酸性最强羧酸将deprotonated给我们两性离子表格(净收费= 0)
• 随着碱度的进一步增加，第二种羧酸脱质子会形成网吗消极的带电形式(净电荷= -1)
• 在非常高的碱度(例如pH值14)下铵将被去质子化，得到一个带双重负电荷的离子(净电荷= -2)

因为净中性物种是形成通过在最酸的位置失去一个质子(pK)_a1天冬氨酸= 1.88)，以及摧毁了通过在第二大酸性位点(pK)上失去一个质子_a2= 3.65(天冬氨酸)，中性种的浓度应为其最大在这两个值的中间点。

看看你能不能计算出天冬氨酸和谷氨酸的pI。

5.基本侧链

氨基酸也有基本侧链等赖氨酸，精氨酸而且组氨酸．

这些氨基酸的官能团会对等电点产生相反的影响。

对于赖氨酸，不同形式的氨基酸看起来像这样:

• 在极低的pH值下羧酸和两个胺基团被质子化后形成一个净电荷为+2的物种
• 在中等pH值下羧酸去质子化后的物质的净电荷是+1吗
• 在基本pH值下，最酸铵会被去质子化中性(净)电荷为0的物种
• 在碱性很强的pH值下，两种氨都脱质子，形成净电荷为-1的物质。

等电点是分子净电荷为零的pH值。

中性物种是形成通过脱质子反应的酸性最强铵(pK_a2= 8.95)和摧毁了通过酸性最低的物质的去质子化铵(pK_a3= 10.53)。

所以平均这两个pK_一个值就能得到等电点pI。

看看你能不能计算出这些碱性氨基酸的pI。

6.总结

等电点不仅仅是计算单个氨基酸的pI值!同样的概念也适用于多肽和蛋白质，每一种都有一个pI值，受其侧链特征的影响。

这些差异形成了电泳的基础，电泳是一种通过调整pH值和应用电场来分离这些分子的有效技术。

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笔记

注1。在Hyperquad - see等软件的帮助下，可以获得滴定曲线的更详细的计算在这里．

注2。计算结果非常简单，因为Henderson Hasselbalch方程的第二项被消掉了:

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测试你自己!

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(高级)参考资料和进一步阅读

• 这个网站包含一个等电点计算器，将计算氨基酸序列的等电点。
• 等电点的定义由IUPAC:
• pK_一个氨基酸的数值来自CRC化学和物理手册。