Qu’est-ce que le point isoélectrique ?
Un acide aminé porte des groupes ionisables : un carboxyle α (−COOH), une amine α (−NH₃⁺) et, pour certains, une chaîne latérale ionisable. La charge de chaque groupe dépend du pH. Le point isoélectrique (pHi ou pI) est le pH auquel la molécule a une charge nette nulle : elle existe surtout sous forme d’amphion (zwitterion).
Comment le calculer
Le pHi est la moyenne des deux pKa qui encadrent la forme neutre :
- chaîne latérale non ionisable : pHi = (pKa₁ + pKa₂) ÷ 2 ;
- chaîne latérale acide (Asp, Glu, Cys) : pHi = (pKa₁ + pKaR) ÷ 2 ;
- chaîne latérale basique (Lys, Arg, His) : pHi = (pKa₂ + pKaR) ÷ 2.
Le groupe phénol de la tyrosine a un pKa supérieur à celui de l’amine : son pHi se calcule comme celui d’un acide aminé neutre.
Exemples
- Glycine : (2,34 + 9,60) ÷ 2 = 5,97
- Acide aspartique : (1,88 + 3,65) ÷ 2 = 2,77
- Lysine : (8,95 + 10,53) ÷ 2 = 9,74
- Histidine : (6,00 + 9,17) ÷ 2 = 7,59
Charge nette à un pH donné
Pour chaque groupe, l’équation de Henderson-Hasselbalch donne la fraction chargée. Le calculateur en fait la somme :
- un groupe basique apporte +1 ÷ (1 + 10^(pH − pKa)) ;
- un groupe acide apporte −1 ÷ (1 + 10^(pKa − pH)).
À pH 7,4, la lysine porte une charge nette d’environ +0,97 : son amine α et sa chaîne latérale sont presque totalement protonées, tandis que le carboxyle est totalement déprotoné.
À quoi sert-il ?
- Électrophorèse : sous son pHi, une molécule est chargée positivement et migre vers la cathode ; au-dessus, elle est négative et migre vers l’anode. La focalisation isoélectrique sépare les protéines précisément selon leur pHi.
- Chromatographie échangeuse d’ions : on choisit un tampon à environ une unité du pHi pour que la protéine se fixe sur la colonne.
- Solubilité : une protéine est le moins soluble à son pHi, ce qui sert à la précipiter, par exemple la caséine du lait à pH 4,6 dans la fabrication du fromage.
Limites
Les pKa utilisés sont des valeurs de référence à 25 °C pour les acides aminés libres, celles des manuels de biochimie. Dans un peptide ou une protéine, le pKa de chaque groupe varie avec son environnement, et seuls les groupes terminaux et les chaînes latérales s’ionisent. Pour une protéine, des outils spécialisés additionnent tous les résidus ionisables.