Izoelektra punkto

La izoelektra punkto pI estas la pH je kiu aparta molekulo aŭ surfaco ne portas entutan (averaĝan) elektran ŝargon. Molekuloj kiu estas ambaŭ-jonoj enhavas ambaŭ pozitivajn kaj negativajn ŝargojn depende de la funkciaj grupoj aktualaj en la molekulo. Ili estas afektitaj per pH de ilia ĉirkaŭaĵo kaj povas iĝi pli pozitive aŭ negative ŝargitaj pro la gajno aŭ perdo de protonoj H⁺.

La pI valoro povas ankaŭ afekti la solveblecon de molekulo je donita pH. Tiaj molekuloj havas minimuman solveblecon en akvo aŭ salaj solvaĵoj je la pH, kiu respektivas al ilia pI kaj ofte sedimentiĝas el solvaĵo. Biologiaj molekuloj, kiaj proteinoj enhavas kaj acidajn kaj bazajn funkciajn grupojn. Aminoacidoj kiu konsistigas proteinojn povas esti pozitivaj, negativaj, neŭtralaj aŭ polusaj en naturo, kaj kune doni al proteino ĝian entutan ŝargon. Je pH pli malsupra al ilia pI, proteinoj portas entutan pozitivan ŝargon; pli supre ilia pI ili portas entutan negativan ŝargon. Proteinoj povas tial esti apartigitaj laŭ siaj izoelektraj punktoj sur specifaj ĝeloj per tekniko nomata izoelektra fokusado, kiu uzas gradienton de pH, por apartigi proteinojn. Izoelektra fokusado estas ankaŭ la unua paŝo en du-dimensia ĝela elektroforezo.

Kalkulado de pI valoro

Por aminoacido kun nur unu amino kaj unu karboksilo, la pI povas esti kalkulata el la pKa-oj de ĉi tiu molekulo.

$pI={{pK_{1}+pK_{2}} \over 2}$

Por aminoacidoj kun pli ol du jonigeblaj grupoj, kiaj lizino, la sama formulo estas uzata, sed la du pKa-oj uzataj estas tiuj de la du grupoj, kiuj perdas kaj gajnas ŝargon de la neŭtrala formo de la aminoacido. Lizino havas unu solan karboksilan pKa kaj du aminajn pKa valorojn (unu el ili estas sur la R-grupo), tiel plene protonigita lizino havas ŝargon +2. Por preni neŭtralan ŝargon, oni devas malprotonigi lizinon dufoje, kaj por tio uzi la R-grupan kaj aminan pKa valorojn (vidu en listo de normaj aminoacidoj).

$pI={{9,06+10,54} \over 2}=9,80$

Tamen, pli akurata konsiderado de ĉi tio postulas pli bonan scion de la acidaj kaj bazaj propraĵoj.

La pH de ĝelo estas difinita per la bufro uzata por la ĝelo. Se la pH de la bufro estas super la pI de la proteino, la proteino migras al la pozitiva poluso (negativa ŝargo estas allogata al pozitiva poluso). Se la pH de la bufro estas sub la pI de la proteino, la proteino migras al la negativa poluso de la ĝelo (pozitiva ŝargo estas allogata al la negativa poluso). Se la proteino estas kun bufro, kies pH estas egala al la pI, la proteino ne migras. Ĉi tio estas vera ankaŭ por unuopaj aminoacidoj.

Ceramikaj materialoj

La izoelektraj punktoj (IEP) de metalaj oksidaj ceramikoj estas uzataj amplekse en materiala scienco en diversaj akvaj paŝoj de sintezo. Por ĉi tiuj surfacoj, prezentitaj kiel koloidoj aŭ pli grandaj partikloj en akva solvaĵo, la surfaco estas ĝenerale komprenata kiel kovrita de surfacaj hidroksilaj grupaj specoj, M-OH (kie M estas metalo Al, Si, ktp). Je pH-aj valoroj super la IEP, la dominaj surfacaj specoj estas M-O⁻, sed je pH valoroj sub la IEP, M-OH⁺ specoj dominas. Iuj proksimumaj valoroj por komunaj ceramikoj estas listitaj pli malsupre (Haruta kaj Brunelle , escepte de kie estas notite). La preciza valoro povas vaste varii, depende de pureco, fazo kaj la ceteraj ecoj de la materialo kaj ankaŭ de fizikaj parametroj kiel temperaturo. Aldone, preciza mezuro de izoelektra punktoj estas malfacila kaj postulas zorgajn teknikojn, eĉ per modernaj rimedoj. Tial, multaj fontoj ofte donas kaj citas malsamajn valorojn por izoelektraj punktoj de ĉi tiuj materialoj.

Iuj valoroj de izoelektra punkto

Jena listo donas la pH-ojn de izoelektra punkto je 25 °C en akvo. La listo estas ordigita laŭ plialtiĝanta pH.

• volframa (VI) oksido WO₃: 0.2-0.5
• antimona (V) oksido Sb₂O₅: <0.4 al 1.9
• vanada (V) oksido V₂O₅: 1-2 (3 )
• silicia oksido SiO₂: 1.7-3.5
• silicia karbido (alfa) SiC: 2-3.5
• tantala (V) oksido, Ta₂O₅: 2.7-3.0
• stana (IV) oksido SnO₂: 4-5.5 (7.3 )
• zirkonia (IV) oksido ZrO₂: 4-11
• mangana (IV) oksido MnO₂: 4-5
• delto-MnO₂ 1.5, beto-MnO₂ 7.3
• titana (IV) oksido (ekz. rutilo) TiO₂: 3.9-8.2
• Si₃N₄: 6-7
• magnetito (fera (II, III) oksido) Fe₃O₄: 6.5-6.8
• gama fera (III) oksido Fe₂O₃: 3.3-6.7
• ceria (IV) oksido CeO₂: 6.7-8.6
• kroma (III) oksido Cr₂O₃: 7 (6.2-8.1 )
• gama aluminia oksido Al₂O₃: 7-8
• talia (I) oksido Tl₂O: 8
• hematito (alfa fera (III) oksido) Fe₂O₃: 8.4-8.5
• alfa aluminia oksido (alfa alumino, korundo) Al₂O₃: 8-9
• Si₃N₄: 9
• itria (III) oksido Y₂O₃: 7.15-8.95
• kupra (II) oksido CuO: 9.5
• zinka oksido ZnO: 8.7-10.3
• lantana (III) oksido La₂O₃: 10
• nikela (II) oksido NiO: 10-11 (9.9-11.3 )
• plumba (II) oksido PbO: 10.7-11.6
• magnezia oksido (magnisio) MgO: 12-13 (9.8-12.7 )

Miksitaj oksidoj povas havi izoelektran punkton inter tiuj de la respektivaj puraj oksidoj. Ekzemple, estis mezurite, ke IEP estas 4.5 por sinteze preparita amorfa aluminiosilikato (Al₂O₃-SiO₂). La esploristoj notis ke la elektrokineta konduto de la surfaco estis dominita per surfaca Si-OH speco, tiel klarigante la relative malaltan IEP. Grave pli altaj IEP valoroj (6-8) estas raportitaj por 3Al₂O₃-2SiO₂ per aliuloj (Lewis ). Lewis ankaŭ donas, ke IEP de BaTiO₃ kiel inter 5 kaj 6, dum Vamvakaki kaj aliaj donas valoron de 3, kvankam ĉi tiuj aŭtoroj notas, ke larĝaj limigoj de la valoroj estas raportitaj, kiel rezulto de restaĵo de baria karbonato sur la surfaco aŭ de TiO₂-riĉaj surfacoj.

Izoelektra punkto kaj punkto de nula ŝargo

La terminoj de izoelektra punkto (IEP) kaj punkto de nula ŝargo estas ofte interŝanĝeblaj, kvankam sub certa kondiĉoj, ilia distingo povas esti bezonata.

En sistemoj, en kiu H⁺/OH⁻ estas la interfaco potencialo-difinantaj jonoj, la punkto de nula ŝargo estas donita en la per pH. La pH, je kiu la surfaco eksponas neŭtralan elektran ŝargon, estas la punkto de nula ŝargo je la surfaco. Elektrokinetaj fenomenoj ĝenerale mezuras zetan potencialon, kaj nula zeta potencialo estas interpretita kiel la punkto de nula ŝargo je la tonda ebeno. Ĉi tiu estas la izoelektra punkto. Tial, la izoelektra punkto estas la valoro de pH, je kiu la koloida partiklo restas senmova en elektra kampo. La izoelektra punkto estas atendita al esti io malsama ol la punkto de nula ŝargo je la partikla surfaco, sed ĉi tiu diferenco estas ofte ignorita en praktiko pro tiel nomata dekomencaj surfacoj, kio estas, surfacoj sen aparte aldonitaj pozitivaj aŭ negativaj ŝargoj. En ĉi tiu ĉirkaŭteksto, temas pri aldono de ŝargoj, okazanta en la duopa tavolo. Tial, punkto de nula ŝargo je la surfaco estas prenita kiel egala al izoelektra punkto se forestas specifa altiro de ŝargoj sur la surfaco.

Laŭ Jolivet, je foresto de pozitiva aŭ negativa ŝargoj, la surfaco estas plej bone priskribita per la punkto de nula ŝargo. Se pozitiva kaj negativa ŝargoj ekzistas ambaŭ en egalaj kvantoj, tie estas la izoelektra punkto. Tial, la punkto de nula ŝargo temas pri la foresto de ĉia surfaca ŝargo, sed la IEP temas pri stato de entute neŭtrala surfaca ŝargo. Tial la diferenco inter la du nocioj estas kvanto de ŝargoj situantaj je la punkto de entuta nula ŝargo. Jolivet uzas la apriorajn surfacajn ekvilibrajn konstantojn pK⁻ kaj pK⁺ por difini la du kondiĉojn per la relativaj kvantoj de ŝargo:

$pK^{-}-pK^{+}=\Delta pK=\log {\frac {\left[MOH\right]^{2}}{\left[MOH{_{2}^{+}}\right]\left[MO^{-}\right]}}$

Por granda ΔpK (>4 laŭ Jolivet), la dominantaj specoj estas MOH dum estas relative malmultaj specoj de ŝargoj - tiel la punkto de nula ŝargo estas taŭga. Por malgrandaj valoroj de ΔpK, estas multaj ŝargoj de malsama signo en proksimume egalaj kvantoj tiel oni parolas pri la IEP.

Vidu ankaŭ

• Elektroforezo
• Konstanto pri dissociigo de acidoj

Eksteraj ligiloj

• Kalkulo de proteino izoelektra punkto - programo por kalkulo de pI kaj plia teoria informo.
• SWISS-2DPAGE - datumbazo de isoelectric punktoj venanta de dudimensiaj polyacrylamide Elektroforezo (~ 2,000 proteinoj)
• Proteome-pI - oni proteome isoelectric punkto datumbazo (antaŭdiris isoelectric punkto por ĉiuj proteinoj)