Изоелектрична тачка

Изоелектрична тачка (pl, pH(I), IEP) представља pH вриједност на којој су одређени молекули или површина наелектрисани неутрално.

Амфотерни молекули који спадају у цвитерјоне садрже и позитивна и негативна наелектрисања у зависности од функционалних група које су присутне у молекулу. Наелектрисање на молекулу зависи од pH вриједности околине и може постати позитивно или негативно наелектрисан због губитка или примања протона. Изоелектрична тачка представља пХ вриједност на којој молекули нису наелектрисани или је позитивно и негативно наелектрисање једнако.

Површина се мијења како би се формирао двојни слој. У честом случају када су наелектрисања на површини су јони H⁺ /OH^-, наелектрисање површине зависи од pH вриједности течности у коју је уроњено чврсто тијело. При pH вриједности раствора која одговара изоелектричној тачки нема наелектрисања на површини.

Вриједност pl може да утиче на растворљивост молекула на датој pH. Такви молекули имају најмању растворљивост у растворима који имају pH који одговара изоелектричној тачки молекула и у таквим растворима они се често таложе ван раствора. Биолошки амфотерни молекули као што су протеини садрже и киселе и базне функционалне групе. Аминокиселине које граде протеине могу бити позитивне, негативне, неутралне или поларне и све заједно дају протеину његово укупно наелектрисање. На pХ вриједност која је испод њихове пл протеини су позитивно наелектрисани а изнад пл су негативно наелектрисани. Због тога протеини могу бити раздвојени на основу њихове изоелектричне тачке (тј. укупног наелектрисања) на полиакриламидном гелу, користећи технику изоелектричног фокусирања који користи pH градијент да се раздвоје протеини.

Израчунавање вриједности pl

За аминокиселину која садржи једну амино и једну карбоксилну групу пл се може израчунати као средња вриједност константе дисоцијације pKa тог молекула.

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

За аминокиселине са више од двије јонизирајуће групе (као што је лизин) користи се иста формула али овог пута двије pKa које се користе су оне од двије групе које губе и примају наелектрисање из неутралног молекула аминокиселине. Лизин има једну карбоксилну pKa и двије вриједности за pKa амино групе (при чему је једна од њих на R-групи), тако да потпуно протонизовани лизин има наелектрисање +2. Да бисмо добили неутрално стање, морамо депротоновати лизин два пута и због тога користити вриједности R-групе и и вриједносри амино pKa (које се нађу у листи стандардних аминокиселина).

$pl={{9.06+10.54} \over 2}=9.80$

Тачнија израчунавања захтијевају напредно знање о киселинама и базама и прорачунавања.

pH вриједност електрофорезног гела одређује пуфер који се користи за тај гел. Ако је pH вриједност пуфера изнад pl вриједности протеина онда ће протеин бити негативан и кретаће се према позитивном полу. Ако је pH вриједност пуфера је нижи од pl протеина онда ће се протеин кретати према негативном полу гела. Ако је pH вриједност пуфера једнака pl онда неће доћи до кретања. Ово важи и за амоникоселине.

Керамички материјали

Изоелектрична тачка металних оксида који улазе у састав керамике се често користи у науци о материјалима у разним корацима процесуирања у воденој средини (синтеза, модификација итд.). Ове површине које су присутне као колоиди или као веће честице у воденом раствору су углавном покривене хидроксилним врстама M-OH (гдје је M метал као што је Al, Si итд.). На пХ вриједностима које су изнад пл, доминантне врсте на површини су M-O^-, док су на pH вриједностима испод пл доминантне M-ОХ₂⁺. Наведене су неке приближне вриједности уобичајене керамике. Тачне вриједности могу варирати зависно од фактора материјала као што је чистоћа и фаза као и физички параметри као што је температура. Прецизно мјерење изоелектричне тачке је тешко и захтијева прецизне технике чак и са модерним методама. Због тога многи извори наводе различите вриједности изоелектричне тачке ових материјала.

Примјери изоелектричних тачака

Испод је дата листа pH_25 °C изоелектричне тачке на 25 °C за изабране материјале у води:

• волфрам(VI) оксид WО₃: 0.2-0.5
• антимон(V) оксид Sb₂O₅: <0.4 то 1.9
• ванадијум(V) оксид V₂O₅: 1-2
• силицијум диоксид SiO₂: 1.7-3.5
• силицијум карбид SiC: 2-3.5
• тантал(V) оксид Та₂О₅: 2.7-3.0
• калај(IV) оксид СнО₂: 4-5.5 (7.3)
• циркон(IV) оксид ZrO₂: 4-11
• манган(IV) оксид MnO₂: 4-5
• делта-MnO₂ 1.5, бета-MnO₂ 7.3
• титанијум(IV) оксид (рутил или анатас) TiO₂: 3.9-8.2
• силицијум нитрид Si₃N₄: 6-7
• гвожђе(II III) оксид (магнетит) Fe₃O₄: 6.5-6.8
• гама гвожђе(III) оксид (магемит) Фе₂О₃: 3.3-6.7
• церијум(IV) оксид ЦеО₂: 6.7-8.6
• хром(III) оксид Цр₂О₃: 7 (6.2-8.1)
• гама алуминијум оксид Ал₂О₃: 7-8
• талијум(I) оксид Тл₂О: 8

Помијешани оксиди могу имати изоелектричне тачке које су између оних које одговарају чистим оксидима. На примјер измјерен је pl у износу од 4,5 за синтетички припремљени аморфни алуминосиликат (Al₂O₃-SiO₂). Примијећено је да је електрокинетичко понашање површине било претежно од стране Si-OH врста што објашњава релативно ниску пл вриједност. Веће вриједности пл вриједности (од 6 до 8) има 3Al₂O₃-2SiO₂ као и баријум титранат BaTiO₃ који је између pH 5 и 6.

Што је пХ вриједност раствора аминокиселине већа удаљенија од вриједности пл то је та група молекула више наелектрисана.

Изоелектрична тачка насупрот нултог наелектрисања

Термин изоелектрична тачка и тачка нултог наелектрисања се често користе иако под неким условима постоје разлике.

У системима у којима су H⁺/OH^- јони који одређују површину, тачка нултог наелектрисања је дата у pH. pH вриједност на којој површина постаје неутрална представља тачку нултог наелектрисања површине. Електрокинетички феномени углавном мјере зета потенцијал, и нулти зета потенцијал је дефинисан као тачка нултог наелектрисања на двојном слоју. изоелектрична тачка представља пХ вриједност при којој честица колоида остаје стационарна у електричном пољу. Изоелектрична тачка је различита од тачке нултог наелектрисања на површини честице, али ово је у пракси често игнорисано за површине који немају специфично адсорбована позитивна или негативна наелектрисања. У овом контексту специфична адсорпција је схваћена као адсорпција која се дешава на дуплом слоју или хемијска адсорпција. Стога је тачка нултог наелектрисања на површини је једнака изоелектричној тачки у одсуству специфичне адсопрције на тој површини.

У одсуству позитивних или негативних наелектрисања површина се најбоље описује тачком нултог наелектрисања. Ако су позитивна и негативна наелектрисања присутна у једнаким количинама онда је у питању изоелектрична тачка. А тачка нултог наелектрисања се односи на одсуство било којег наелектрисања на површини, док се изоелектрична тачка односи на стање неутралног укупног наелектрисања површине. Разлика између њих је количина наелектрисаних мјеста на тачки укупног негативног наелектрисања. Константе равнотеже површине пК^- и пК⁺ дефинишу два услова према релативном броју наелектрисаних мјеста:

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

За велике ΔпК доминантне врсте су МОХ док има релативно мало наелектрисаних врста, и зато је релевантна тачка нултог наелектрисања. За мање вриједности ΔpK има велики број наелектрисаним врста у приближно једнаким бројевима и због тога је у питању изоелектрична тачка.

Види још

• Константа дисоцијације киселине
• pH вриједност
• Електрофореза

Спољашње везе

• ИПЦ – Исоелецтриц Поинт Цалцулатор - израчунати изоелектричну тачку протеина користећи више од 15 метода
• ЦурТиПот - израчунати равнотежу киселинске базе (пуњење у односу на плот пХ вредности амфотерних молекула нпр. аминокиселина)
• СWИСС-2ДПАГЕ - изоелектричне тачке из дводимензионалне електрофорезе полиакриламидног гела (~ 2.000 протеина)
• Протеоме-пИ - Предвиђене изоелектричне тачке за све протеине