Il punto isoelettrico è il valore di pH al quale una molecola anfotera ha carica netta media nulla. È particolarmente importante per amminoacidi, peptidi e proteine, perché governa migrazione elettroforetica, solubilità e interazioni con superfici cariche.
Per un amminoacido senza catena laterale ionizzabile:
dove pK_{a1} è associato alla deprotonazione del gruppo carbossilico e pK_{a2} alla deprotonazione del gruppo ammonio.
Interpretazione della carica
Il punto isoelettrico non significa assenza di cariche locali. Spesso la molecola è in forma zwitterionica: contiene cariche positive e negative, ma la somma media delle cariche è zero.
| Condizione | Carica netta media | Migrazione in campo elettrico |
|---|---|---|
| \displaystyle pH<pI | positiva | verso il catodo |
| \displaystyle pH=pI | nulla | migrazione netta minima |
| \displaystyle pH>pI | negativa | verso l’anodo |
Scelta dei pKa da mediare
La regola generale è ordinare le forme ioniche al crescere del pH e mediare i due pK_a che racchiudono la specie a carica netta zero.
| Tipo di amminoacido | Formula operativa |
|---|---|
| Senza catena laterale ionizzabile | \displaystyle pI=\dfrac{pK_{a,\mathrm{COOH}}+pK_{a,\mathrm{NH_3^+}}}{2} |
| Catena laterale acida | \displaystyle pI=\dfrac{pK_{a,\mathrm{COOH}}+pK_{a,R}}{2} |
| Catena laterale basica | \displaystyle pI=\dfrac{pK_{a,\mathrm{NH_3^+}}+pK_{a,R}}{2} |
Per proteine e peptidi lunghi il calcolo è più complesso, perché contribuiscono molte catene laterali ionizzabili e i valori di pK_a dipendono dal microambiente strutturale.
Uso sperimentale
Al punto isoelettrico molte proteine hanno solubilità ridotta, perché la repulsione elettrostatica netta tra molecole diminuisce. Questo principio è sfruttato in precipitazione isoelettrica, focalizzazione isoelettrica e separazioni elettroforetiche.
Errori comuni
- Identificare sempre il punto isoelettrico con pH=7: molte molecole hanno pI acido o basico.
- Mediare automaticamente tutti i pK_a: si mediano solo i due che circondano la forma a carica netta zero.
- Pensare che al pI la molecola non abbia cariche locali: spesso è uno zwitterione.
- Confondere carica netta nulla con massima solubilità: per molte proteine accade spesso il contrario.
Vedi anche: Amminoacidi, Acidi e basi, Biomolecole.