Mi az izoelektromos pont?

Uh. Hosszú lesz.

Szóval a fehérjék aminosavakból állnak, és minden aminosavnak van egy oldallánca. Az oldallánc az, ami az amonosav lényege, a különbség a két aminosav között. Ennek a tulajdonsága határozza meg hogy mit is csinál az aminosav.

Az oldalláncok egyik tulajdonsága, hogy vízben oldhatóak-e vagy sem, és ha igen, akkor savas, lúgos vagy semleges az oldat. Három lúgos (azaz pozitívan töltött aminosav van, az arginin (R), a lizin (K) és a hisztidin (H). Valamint két savas aaz negatív, az aszpariaginsav (D) és a glutaminsav (E).

Ha belegondolsz, egy csomó olyan kis molekula van, ami ikerionos szerkezetű, azaz az egyik felén savas, a másikon lúgos gyök van. A fehérjék is ilyen "szuper iker" ionos molekulák, mert egy csomó savas és lúgos aminosav van össze-vissza elrejtve bennük. A fehérje nettó töltését az határozza meg, hogy pontosan mennyi ilyen savas és lúgos töltésük van összesen. A legtöbb fejérje általában egy kicsit savas össz kémhatású, de vannak olyanok, amik lúgosak. (Tipikusan például a hisztonok, amik nagyon tapadnak a DNS-hez, de mivel a DNS savas, ezért a hisztonnak lúgosnak kell lennie.)

Mit ért a szöveg az alatt, hogy a fehérje zéró töltésel rendelkezik egy adott pH-n? Ugye itt sav-bázis reakcióról van szó. Ha különböző savakat és bázisokat összekeversz, akkor sav-bázis reakciók jönnek létre, azaz semlegesítés. Ha gyenge savat erős savval keversz össze, akkor az erős sav deprotonálódik a gyenge sav kárára, azaz a gyenge sav elveszti a töltését. Fehérjeoldatokban ugyanezek a reakciók zajlanak le. Maga a fehérje azért töltött, mert a savas és a lúgos oldalláncok amennyire tudják semlegesítik egymást, de általában marad néhány savas oldallánc ami az oldatba ad le protont. (Vagy néha éppenséggel lúgos oldallánc marad, de az ritka.)

A fehérje oldalláncok gyenge savak és gyenege lúgok. Ha egy savas fehérjét savas oldatba teszel, akkor a fehérje deprotonált savas oldalláncai protont vesznek fel azaz elvesztik az ionos jellegüket. Tehát a savas fehérje töltetlen lesz, elveszti az ionos jellegét. Lúgos fehérjékkel ugyanez fordítva.

Izoelektromos fókuszálásnál ezt használjuk ki. Ennél az eljárásnál a fehérjék egy pH grádiensben vándorolnak elektromos töltés hatására, azaz áramot kapcsolunk a pH gradiens két végére. Általában a lúgos oldaltól kezdve pozitív elektromos töltés irányába vándorolnak. A lúgos kezdeti oldatban a legtöbb fehérje deprotonált azaz negatív töltésű ion, tehát vándorol a pozitív elektromos töltsé felé. Ahogy a pH egyre csökken, a fehérje elér egy pontot, ahol a nettó töltése megszűnik a fenti okokból, és azon a ponton megreked, nem vándorol tovább. Ezáltal a fehérjék töltés szerint szétválasztódnak. A pH grádiens amúgy egy zselés anyagú csík (egy darab tortazselét képzelj el például), aminek az egyik oldala lúgos, a másik savas, és a kettő közt fokozatosan semlegessé válik. Minden egyes ponton lehet tudni hogy pontosan mennyi a pH.

Az eljárás végén ebben a zselé csíkban minden fehérje a saját pH-jának megfelelő pontra érkezett, és ugyan nagyon lassan elkezd eldiffundálni, de mire eldiffundálna, addigra elvégezzük az eljárás továbi szakaszait.

Szóval amint említettem, a fehérje izoelektromos pontját azaz teljes pH-ját az aminosav összetétel haátrozza meg, de nem csak az. Különböző poszttranszlációs modosulások (pl foszforiláció, vagy glikoziláció) szintén hozzájárulnak. Ezek a módosulások szintén valamilyen töltést visznek a rendszerbe. Emiatt egy fehérje módosult és módosulatlan verziója más és más izoelektromos ponttal rendelkezik. Az itt hozott példában a doppingként használt emberi fehérje az eritropoetin példáját hozzák fel, ami mesterségesen készítve általában máshogy glikozilálódik mint a sportolóban, így a kívülről bevitt epo a vérből kimutatható, mivel a kívülről adott epo izoelektromos képe eltér a sportóló normál epo képétől.

"Már csak egy dolog ami kicsit zavaró, hogy a "savas" fehérjéket miért hívjuk savasnak (ez a savas aminosavaknál is zavaró volt egy kicsit), hiszen nem savasak ha belerakjuk desztillált vízbe hanem lúgos lesz a víz, hiszen gyenge savak ezek az oldalláncok, és reprotonálódnak."

Dehogynem, ezek savak, az aszparaginsavnak például -CH2-COOH oldallánca van, ami ugye lényegében egy ecetsav. Ha vízbe rakjuk, ez az oldallánc protont ad le, tehát elsavasítja a vizet. Az aszparaginsav oldata nagyon is savas, 4 g/l oldat pH-ja 3 körül van. A bázikus aminosavak pedig bázikusak. A fehérjék legtöbbjének oldata savas.

"Nem létezik, hogy pl. a savas fehérjében ezek a többségben lévő savas aminosavak nem adják le a protonjukat, csak ha mondjuk vízbe rakjuk?"

A fehérjéket úgy kell elképzelni, hogy mindig vizes oldatban vannak. Élőlényekben nincs fehérjepor. Száraz dolgoknak, legyen az NaOH pasztilla vagy fehérje por, nincs pH-juk. Értelemszerűen ezek ionreakciók, amik vizes oldatban zajlanak, tehát minden amit fentebb írtam, vizes oldatban igaz. De ez a "sima" szervetlen sav bázis reakciókra is igaz.

"Már csak egy dolog ami kicsit zavaró, hogy a "savas" fehérjéket miért hívjuk savasnak (ez a savas aminosavaknál is zavaró volt egy kicsit), hiszen nem savasak ha belerakjuk desztillált vízbe hanem lúgos lesz a víz, hiszen gyenge savak ezek az oldalláncok, és reprotonálódnak."

Nem. Ha belerakod desztillált vízbe, akkor az oldat enyhén savas lesz. kristályos állapotban a fehérje töltése semleges. (Egyébként az 1. válaszoló által említett savas aminosavak oldalláncai csak minimális mértékben reprotonálódnak semleges oldatban.)

"Egyébként ezek az aminosavak mindig rendelkeznek töltéssel?"

Nem. Pont ez volt az 1- válasz lényege. Az, hogy rendelkeznek-e töltéssel (illetve hogy milyen arányban rendelkeznek töltéssel) a kémhatástól függ.

"Nem létezik, hogy pl. a savas fehérjében ezek a többségben lévő savas aminosavak nem adják le a protonjukat, csak ha mondjuk vízbe rakjuk?"

De. Kristályos fehérjében akkor lehet töltés, az oldallánc kölcsönhat egy ellentétes töltésűvel. (Legalábbis ha jól feltételezem, bevallom ezt így nem tudom biztosan. De vized oldatban is lehet egy globuláris fehérje apoláris belső régiójában ionos kötés töltéssel rendelkező oldalláncok között, hiszen ezek semlegesítik egymást. Illetve az aminosavak is ikerionos szerkezetben vannak kristályos formában.)

Az izoelektromos pont (vagy isoelektromos pont, röviden IEP) olyan pH-érték, ahol egy adott fehérje vagy molekula nettó töltése zéró. Ez azt jelenti, hogy a fehérje a kiválasztott pH környékén sem pozitív, sem negatív töltést nem hordoz. Az izoelektromos pont meghatározása a fehérje számára kritikus lehet, mert itt a fehérje a leghasználhatatlanabb állapotában van, és hajlamos aggregálódni vagy veszíteni a stabilitását.

A fehérjék aminosavakból épülnek fel, amelyeknek van pozitív és negatív töltésű oldallánca. Az adott pH értéktől függően ezek az oldalláncok ionizálódnak vagy sem, ami befolyásolja a fehérje nettó töltését. Az izoelektromos pont megtalálása azt jelenti, hogy megtalálod azt a pH-értéket, ahol a pozitív és negatív töltések számossága azonos, és így a fehérje nettó töltése zéró.

Az izoelektromos pont fontos a fehérjék kémiai tulajdonságainak és szerkezetének megértésében, valamint azok alkalmazásában. Például, amikor a fehérjéket vizsgálják vagy használják terápiákban vagy más célból, az izoelektromos pont ismerete lehetővé teszi az optimális pH-körülmények kiválasztását, hogy a fehérje stabilitása megőrizhető legyen.

Az eritropoetin példa azt mutatja be, hogy a fehérje különböző változatai különböző izoelektromos pontokkal rendelkeznek attól függően, hogy milyen módon fejeződtek ki és változtak a tulajdonságaik. Ezeknek a változásoknak a felismerése és az izoelektromos pont meghatározása segíthet az eritropoetin jelenlétének vagy változásainak kimutatásában a vizsgált mintában.