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Peptide Calculator

多肽等电点 (pI) 计算原理解析

发布于 1 分钟阅读

等电点(isoelectric point,简称 pI)是多肽分子净电荷正好为零时的溶液 pH 值。等电点并非固定的查找常量,而是一组酸碱电离平衡方程的数值解。

净电荷是所有可电离基团的代数和

在特定 pH 下,多肽的净电荷等于游离 N 端氨基、游离 C 端羧基以及所有可解离侧链(Asp、Glu、Cys、Tyr、His、Lys、Arg)解离电荷的代数和。

每个基团的带电状态遵循 Henderson-Hasselbalch 关系式。净电荷计算器在指定 pH 下逐项计算这些解离常数。

pI 是如何求解出来的

净电荷是随 pH 升高而单调递减的连续函数:在极低 pH 时基团全质子化呈现最高正电荷;在极高 pH 时全去质子化呈现最高负电荷。当曲线与横轴零点相交时,该 pH 即为等电点。

由于多个不同 pKa 的 S 型函数叠加无法直接写出解析解,因此必须通过数值算法求解。

二分法(Bisection)根搜索算法

等电点计算器在 pH 0 至 14 的区间内采用二分法,逐步将区间缩小,在 100 次迭代以内收敛至 1e-6 pH 单位的高精度解。

Bjellqvist pKa 标准体系

本平台统一采用 Bjellqvist 等人 (1993, 1994) 发表的多肽实验标度,该体系也是 ExPASy Compute pI/Mw 算法的核心标准。

电荷曲线与荷电残基比例

电荷-pH 曲线计算器完整绘制全量程滴定曲线,而带电残基比例计算器则统计序列中酸性与碱性残基的总量占比。

简而言之:等电点 pI 就是按 Henderson-Hasselbalch 关系式计算出的多肽净电荷函数恰好等于零的那个 pH 值。

权威参考文献与引用

  • 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. 多肽固相 pH 梯度等电聚焦 pKa 标度。
  • Bjellqvist, B., Basse, B., et al. (1994). Reference points for comparisons of two-dimensional maps. Electrophoresis, 15(1), 529-539. PubMed PMID: 8055880. 二维凝胶电泳等电点校准体系。
  • Nelson, D. L., & Cox, M. M. (2021). Lehninger Principles of Biochemistry (8th ed.). W. H. Freeman. 第 3 章:氨基酸、多肽与蛋白质。
  • Gasteiger, E., et al. (2005). Protein Identification and Analysis Tools on the ExPASy Server. The Proteomics Protocols Handbook, Humana Press, 571-607.

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