ИЗОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ТОЧКА
ИЗОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ТОЧКА (принятые обозначения: pI, ИЭТ) — величина водородного показателя (pH) среды, при к-рой суммарный заряд молекул амфотерных электролитов (амфолитов), находящихся в этой среде, равен нулю; является одним из основных показателей, определяющих электрохимические свойства амфолитов, напр. аминокислот и белков, клеток и тканей. Изучение Изоэлектрической точки объектов биологического происхождения представляется перспективным с точки зрения диагностики целого ряда заболеваний, т. к. при различных заболеваниях происходит изменение значений pH, при которых находятся Изоэлектрические точки эритроцитов и других клеток организма, а также белков плазмы крови.
Понятие «Изоэлектрическая точка» относится не только к подвижным частицам (молекулам, коллоидным частицам, частицам суспензий и эмульсий), но также и к неподвижным структурным элементам различного рода систем, находящихся в контакте с водными р-рами. Напр., можно говорить об И. т. поверхности мышечных фибрилл, биол, мембран и т. п.
Впервые это понятие было введено в 1899 г. Харди (W. Hardy), который установил, что в кислых р-рах частицы белка передвигаются в электрическом поле к катоду и, следовательно, несут положительные заряды, а в щелочных р-рах — к аноду, т. е. заряжены отрицательно. Состояние, в к-ром частицы белка электронейтральны, было названо изоэлектрическим состоянием, а соответствующее ему значение pH среды — И. т.
Теория изоэлектрического состояния амфолитов впервые была развита Михаэлисом (L. Michaelis) в 1918 г. и видоизменена Бьеррумом (N. Bjerrum) в 1923 г. Согласно теории Бьеррума, молекулы амфолитов (см.) в изоэлектрическом состоянии практически полностью диссоциированы и находятся в р-ре в виде биполярных ионов, которые для белков можно представить схематической формулой +NH3RCOO-, где R — полипептидная цепь. Биполярный ион в И. т. несет равное число элементарных положительных и отрицательных зарядов и поэтому в целом является электронейтральной частицей. При добавлении к р-ру сильной к-ты образуемые ею водородные ионы соединяются с группами COO- и частицы белка становятся положительно заряженными: +NH3RCOOH. При добавлении к р-ру сильной щелочи от групп +NH3 отщепляются водородные ионы, которые соединяются с гидроксильными ионами щелочи, образуя молекулы воды, и частицы белка становятся отрицательно заряженными: NH2RCOO-.
И. т. следует отличать от изоионной точки (ИИТ) белка, т. е. от такого значения pH среды, при к-ром число водородных ионов, отщепляемых от кислотных групп молекулы белка, равно числу водородных ионов, связываемых с основными группами. Величины И. т. и ИИТ совпадают только в тех случаях, когда чистый белок находится в водном р-ре, не содержащем каких-либо других ионов, помимо водородных и гидроксильных. В солевых р-рах белка численные значения его И. т. и ИИТ различны, т. к. заряд белковых частиц определяется не только ионогенными группами белковой частицы, но и теми ионами солей, которые могут сорбироваться белком.
Величина И. т. зависит от относительного содержания кислотных и основных групп в молекуле белка, а также от величины констант диссоциации этих групп. С увеличением отношения числа кислотных групп к числу основных групп значение И. т. уменьшается, а с увеличением констант диссоциации основных групп и с уменьшением констант диссоциации кислотных групп оно возрастает. При денатурации белков их И. т. повышается. И. т. белка практически не зависит от его концентрации в р-ре.
Свойства амфолитов в изоэлектрическом состоянии отличаются от их свойств при pH, не соответствующих И. т. Так, напр., белки в И. т. не обладают электрофоретической подвижностью (см. Электрофорез), имеют минимальные гидратацию, растворимость и устойчивость (что широко используется при фракционировании белков высаливанием), вязкость, осмотическое давление, электропроводность, степень набухания, удельное оптическое вращение. Скорость желатинирования и высаливания в И. т. максимальна. Аналогичными свойствами в И. т. обладает и протоплазма клеток, основу к-рой составляют белковые вещества. Знание И. т. белков и других полимерных амфолитов существенно для разработки методов их разделения и очистки.
Прямым и наиболее точным методом определения И. т. белков является измерение их электрофоретической подвижности в буферных р-рах с последовательно изменяющимися значениями pH. При этом определяют два соседних значения pH, при одном из которых частицы белка передвигаются к аноду, а при другом — к катоду. Среднее двух наблюдаемых значений pH принимают равным И. т.
Со 2-й половины 20 в. для измерения И. т. самых различных белков широко применяется метод изоэлектрического фокусирования (см.) с использованием синтетических амфолитов-носителей. Косвенные, менее точные, методы определения И. т. основаны на измерении растворимости, набухаемости, порога высаливания и других свойств, характеризующихся в изоэлектрическом состоянии экстремальными значениями. Для определения И. т. тканей, клеток и их компонентов широко используют метод Пишингера (A. Pischinger), основанный на измерении интенсивности окраски исследуемого объекта основными и кислотными красителями при последовательном изменении величины pH среды, в к-рой находится исследуемый объект. Кривые изменения интенсивности окраски пересекаются при pH, соответствующем И. т.
ПИТ белков определяют добавлением водного р-ра чистого белка к р-рам сильной к-ты (или щелочи) с постепенно изменяющимися значениями pH и последующим измерением происходящего при этом сдвига pH. Значение pH р-ра, при к-ром этот сдвиг равен нулю, соответствует ИИТ белка.
Библиография: Ашмарин И. П. и др. Химия белка, ч. 1, JI., i 968; Белки, под ред. Г. Нейрата и К. Бэйли, пер. с англ., т. 2, с. 475 и др., М., 1956, библиогр.; Гауровиц Ф. Химия и функции белков, пер. с англ., М., 1965, библиогр.; Макаров П. В. Физико-химические свойства клетки и методы их изучения. Л., 1948, библиогр.; Роскин Г. И. Изоэлектрические пункты клеток и их изменения в норме, развитии и патологии, Усп. совр, биол., т. 22, в. 2(5), с. 247, 1946, библиогр.
В. Б. Мишин.