Der isoelektrische Punkt (pI) ist der pH-Wert, bei dem die elektrische Nettoladung eines Peptids exakt null betraegt. Er ist keine statische Tabellenkonstante, sondern das Ergebnis eines Saeure-Base-Gleichgewichts.
Die Nettoladung als Summe ionisierbarer Gruppen
Bei einem bestimmten pH-Wert entspricht die Gesamtladung der Summe aller Teilladungen der ionisierbaren Gruppen: der freie N-Terminus, der freie C-Terminus sowie ionisierbare Seitenketten (Asp, Glu, Cys, Tyr, His, Lys, Arg).
Jede Gruppe traegt gemaess der Henderson-Hasselbalch-Gleichung abhaengig von ihrem pKa-Wert bei. Der Nettoladungsrechner summiert diese Beitraege praezise auf.
Der pI als Schnittpunkt mit der Nulllinie
Die Nettoladung nimmt mit steigendem pH-Wert stetig ab. Bei sehr niedrigem pH sind alle Gruppen protoniert (maximale positive Ladung), bei sehr hohem pH deprotoniert (maximale negative Ladung). Der Nulldurchgang markiert den pI.
Da keine geschlossene algebraische Formel fuer mehrere pKa-Werte existiert, wird eine numerische Nullstellensuche angewendet.
Wie wird der isoelektrische Punkt berechnet?
Der Rechner fuer isoelektrischen Punkt verwendet das Bisektionsverfahren im Intervall pH 0 bis 14. Der Suchbereich wird in jedem Schritt halbiert und konvergiert stabil auf unter 1e-6 pH-Einheiten.
Die Bjellqvist-pKa-Skala
Alle pKa-Werte basieren auf der Skala von Bjellqvist et al. (1993, 1994), wie sie auch im ExPASy Compute pI/Mw Werkzeug verwendet wird.
Ladungskurve und Anteil geladener Reste
Der Ladung-gegen-pH-Kurvenrechner visualisiert das Titrationsprofil, waehrend der Rechner fuer geladene Restanteile den Anteil aller sauren und basischen Aminosaeuren ermittelt.
Zusammengefasst
Kurz gesagt: Der isoelektrische Punkt ist der pH-Wert, bei dem die Summe aller Ladungsbeitraege eines Peptids exakt null ergibt, numerisch gefunden per Bisektionsverfahren auf der Bjellqvist-pKa-Skala.
Wissenschaftliche Literatur und Zitate
- Bjellqvist, B., Hughes, G. J., et al. (1993). The focusing positions of polypeptides in immobilized pH gradients. Electrophoresis, 14(1), 1023-1031. PubMed PMID: 8125050. DOI: 10.1002/elps.11501401163. Polypeptid-pKa-Werte fuer die isoelektrische Fokussierung.
- Bjellqvist, B., Basse, B., et al. (1994). Reference points for comparisons of two-dimensional maps. Electrophoresis, 15(1), 529-539. PubMed PMID: 8055880. Kalibrierung fuer 2D-Gelelektrophorese.
- Nelson, D. L., & Cox, M. M. (2021). Lehninger Principles of Biochemistry (8. Aufl.). W. H. Freeman. Kapitel 3: Aminosaeuren, Peptide und Proteine.
- Gasteiger, E., et al. (2005). Protein Identification and Analysis Tools on the ExPASy Server. The Proteomics Protocols Handbook, Humana Press, 571-607.