홍라이프 계산기등전점 계산기 쉽게 이해하기 — 개념과 원리
이 계산기는 단백질이나 펩타이드의 아미노산 서열로 등전점(pI), 즉 알짜 전하가 0이 되는 pH를 추정하고, 원하는 pH에서의 알짜 전하도 알려 줍니다. 이온 교환 크로마토그래피, 등전점 전기영동, 완충액 선택, 단백질 결정화를 계획하는 생화학 연구자가 씁니다.
계산 방법
염기성기(N-말단, Lys, Arg, His) 하나는 +1 ÷ (1 + 10^(pH − pKa))를 기여합니다.
산성기(C-말단, Asp, Glu, Cys, Tyr) 하나는 −1 ÷ (1 + 10^(pKa − pH))를 기여합니다.
알짜 전하 = 모든 기여의 합이며, pI는 알짜 전하가 0인 pH로, pH 0과 14 사이에서 이분법으로 찾습니다.
- pKa 값(EMBOSS iep): N-말단 8.6, C-말단 3.6, Lys 10.8, Arg 12.5, His 6.5, Asp 3.9, Glu 4.1, Cys 8.5, Tyr 10.1입니다.
원리
이온화할 수 있는 곁사슬은 pH에 따라 양성자를 얻거나 잃습니다. 헨더슨–하셀바흐 식은 각 기가 전하를 띠는 비율을 알려 주며, pH가 pKa와 같을 때 절반이 전하를 띱니다. pH가 낮으면 대부분의 기가 양성자를 가져 단백질은 양전하를, pH가 높으면 양성자를 잃어 음전하를 띱니다. 알짜 전하는 pH에 따라 꾸준히 줄어들므로 0을 지나는 pH는 하나뿐이며, 그것이 등전점입니다. 이때 단백질 사이 정전기적 반발이 가장 작아 용해도가 낮아지는 경우가 많습니다.
예제 풀이
기본값인 30잔기 서열 FVNQHLCGSHLVEALYLVCGERGFFYTPKT(사람 인슐린 B 사슬), pH 7.4로 계산합니다.
- 잔기 30개, 염기성 K + R + H = 4개, 산성 D + E = 2개, Cys + Tyr = 4개입니다.
- pH 7.4에서 N-말단 +0.941, Lys +1.000, Arg +1.000, His 두 개 +0.224, C-말단 −1.000, Glu 두 개 −1.999, Cys 두 개 −0.147, Tyr 두 개 −0.004입니다.
- pH 7.4의 알짜 전하 = 0.01, pH 7.0에서는 0.4입니다.
- 이분법으로 0이 되는 지점을 찾으면 pI = 7.42입니다.
결과 해석
pI보다 낮은 pH에서 단백질은 양전하를 띠어 양이온 교환체에 붙고, pI보다 높으면 음전하를 띠어 음이온 교환체에 붙습니다. 단백질은 pI 근처에서 용해도가 가장 낮은 경우가 많습니다. 사용하는 pKa 표(Bjellqvist, Lehninger 등)에 따라 값이 서로 조금씩(대개 pH 1 미만) 달라질 수 있으므로, 같은 방법으로 계산한 pI끼리 비교하십시오.
흔한 실수
- 최종 단백질에 없는 신호 펩타이드나 태그까지 넣는 경우
- 계산값이 접힌 단백질의 실제 pI와 정확히 같을 것이라 기대하는 경우(묻혀 있거나 상호작용하는 기는 pKa가 달라집니다)
- 시스테인 전하를 없애는 이황화 결합을 무시하는 경우
- 서로 다른 pKa 표를 쓰는 도구의 값을 비교하는 경우
자주 묻는 질문
등전점은 무엇입니까?
분자의 알짜 전하가 0이 되는 pH입니다.
도구마다 pI가 다른 이유는 무엇입니까?
이온화기에 대해 서로 다른 pKa 표를 쓰기 때문입니다.
단백질은 pI에서 침전합니까?
pI 근처에서 용해도가 가장 낮은 경우가 많지만 염 농도와 단백질에 따라 다릅니다.
Cys와 Tyr도 중요합니까?
주로 높은 pH에서 중요하며, 그때 곁사슬이 양성자를 잃기 시작합니다.
출처: EMBOSS iep default pKa table, as listed in the MathWorks Bioinformatics Toolbox documentation for isoelectric