Lexikon der Medizinischen Laboratoriumsdiagnostik
Autoren
R. Westermeier

Isoelektrischer Punkt

Isoelektrischer Punkt
Synonym(e)
pI
Englischer Begriff
isoelectric point
Definition
Der isoelektrische Punkt beschreibt jenen pH-Wert, an dem sich die positiven und negativen Ladungen einer amphoteren Substanz, z. B. eines Proteins, eines Peptids oder einer Aminosäure, gegenseitig aufheben. Am isoelektrischen Punkt ist die Nettoladung einer solchen Substanz gleich Null.
Beschreibung
Einen isoelektrischen Punkt besitzen nur amphotere Substanzen, also Moleküle mit sauren und basischen Gruppen wie Aminosäuren, Peptide und Proteine. Wenn man die positiven und negativen Nettoladungen z. B. eines Proteins über einer pH-Skala aufträgt (s. Abbildung), ergibt sich eine Nettoladungskurve. Diese schneidet die X-Achse im isoelektrischen Punkt. Bei der isoelektrischen Fokussierung (s. isoelektrische Fokussierung) wandern Proteine im pH-Gradienten elektrophoretisch an ihren isoelektrischen Punkt und bleiben dort stehen, weil sie dort keine Ladung mehr besitzen. Manche Proteine werden an ihrem isoelektrischen Punkt unlöslich und präzipitieren.
Im Folgenden eine schematische Darstellung der Nettoladungskurve eines Proteins. Der isoelektrische Punkt befindet sich an der Schnittstelle zwischen der Nettoladungskurve und der x-Achse:
Der isoelektrische Punkt ist stark von der Temperatur abhängig, weil auch die pK-Werte der puffernden Gruppen temperaturabhängig sind. Unter nativen Bedingungen kann ein Protein mehrere unterschiedliche isoelektrische Punkte haben, da es mehrere unterschiedliche Konfigurationen der Tertiärstruktur einnehmen kann. Der isoelektrische Punkt kann auch durch posttranslationale Modifikationen verändert sein, z. B. durch Phosphorylierung oder Glykosylierung. Unter denaturierenden Bedingungen besitzt ein Protein, wenn es ein reines Polypeptid ist, nur einen isoelektrischen Punkt. Weil unter diesen Bedingungen alle puffernden Gruppen im Lösungsmedium exponiert sind, kommt der gemessene isoelektrische Punkt sehr nahe an den theoretischen isoelektrischen Punkt heran, der sich aus der Aminosäuresequenz berechnen lässt.
Bei der Elektroimmundiffusion und der zweidimensionalen Immunelektrophorese (Immunelektrophorese, zweidimensionale nach Clarke und Freeman) ist es wichtig, den pH-Wert des Puffers nahe dem isoelektrischen Punkt von Immunglobulinen (Antikörper) einzustellen, um zu verhindern, dass die Antikörper elektrophoretisch wandern.
Man kann den isoelektrischen Punkt eines Proteins verändern, indem man saure oder basische Gruppen (z. B. durch Carbamylierung) blockiert.
Literatur
Lottspeich F, Engels JW (Hrsg) (2012) Bioanalytik, 3. Aufl. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg
Westermeier R (2016) Elektrophorese leicht gemacht. VCH, Weinheim