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學習重點 等電點（pI）是胺基酸、胜肽或蛋白質平均淨電荷為零時的 pH，不一定等於 7。 計算 pI 的關鍵是找出夾住淨電荷為零型態的兩個 pK 值，再取平均，不能將全部 pK 值直接平均。 判斷個別基團的解離型態要比較pH 與該基團的 pKₐ；判斷整體淨電荷則比較 pH 與 pI。 pH 小於 pI 時偏正電、向負極移動；pH 大於 pI 時偏負電、向正極移動。 區分主要型態與少量存在的型態，並掌握酸性、鹼性胺基酸的 pI 差異及加酸需求。 核心觀念 一、等電點與兩性離子 胺基酸含有可接受質子的胺基與可釋出質子的羧基，具有兩性。在水溶液中，各種質子化型態處於平衡，其比例隨 pH 改變。 兩性離子（zwitterion）是同時含有正、負電荷而總電荷為零的形式，例如甘胺酸的－NH₃⁺與－COO⁻。它不是所有基團都不帶電，也不是同時具有親水性與疏水性的同義詞。 等電點是整群分子平均淨電荷為零時的 pH。單一兩性離子可在一段 pH 範圍內存在，不能只看到兩性離子，就認定溶液恰好位於 pI。蛋白質同樣具有等電點，但需合計所有可解離基團的電荷，不能一律套用單一游離胺基酸的簡式。 二、先判斷各基團的電荷 pH 低於 pKₐ，較偏向質子化；pH 高於 pKₐ，較偏向去質子化。兩者相等時，該解離平衡的酸型與鹼型濃度相等。 基團質子化型態去質子化型態 羧基－COOH，電荷 0－COO⁻，電荷－1 一般胺基－NH₃⁺，電荷＋1－NH₂，電荷 0 在足夠強的酸性環境中，典型游離胺基酸的胺基與羧基主要呈－NH₃⁺、－COOH，整體偏正電。低 pH 題型應掌握此質子化方向；但嚴格而言，「pH 低於 pI」只能判斷整體偏正電，個別羧基是否主要為－COOH，仍須與其 pKₐ 比較。 在足夠高的 pH 下，羧基成為－COO⁻，胺基逐漸成為－NH₂，整體偏負電。因此「胺基酸在鹼性溶液中呈陽離子」是常見錯誤敘述。 三、pI 計算：找出夾住零電荷的兩次解離 將 pK 值由小到大排列。 從低 pH 的完全質子化型態開始，計算總電荷。 每失去一個質子，總電荷減少 1。 找出形成零電荷型態與使其變成負電型態的兩次解離，取兩個 pK 值的平均。 典型類型隨 pH 上升的主要電荷變化取用原則 側鏈不解離，如甘胺酸＋1 → 0 →－1羧基與 α-胺基的 pK 值平均 多一個羧基，如麩胺酸＋1 → 0 →－1 →－2兩個較低的 pK 值平均 多一個鹼性基團，如離胺酸＋2 →＋1 → 0 →－1兩個較高的 pK 值平均 甘胺酸：pK 值為 2.3、9.6，pI＝（2.3＋9.6）÷2＝5.95，約為6.0。 麩胺酸：兩個羧基的 pK 值為 2.19、4.25，胺基的 pK 值為 9.67。零電荷型態位於兩個羧基的解離之間，因此 pI＝（2.19＋4.25）÷2＝3.22。 具鹼性側鏈的胺基酸：若 pK 值為 2.2、9.0、10.5，取後兩者平均，pI＝（9.0＋10.5）÷2＝9.75，最接近 10。 胜肽的簡化計算：若三個 pK 值為 2、8、10，並依一個酸性基團、兩個鹼性基團的配置判讀，電荷依序為＋2、＋1、0、－1，故 pI＝（8＋10）÷2＝9。僅有三個 pK 數字，原則上不足以辨識所有可能的基團配置；實際分析仍應確認各基團種類。 四、pI 大小與電泳方向 精胺酸的胍基具有較強鹼性；組胺酸的咪唑側鏈也可接受質子；甘胺酸則沒有可解離側鏈。因此本單元的重要排序為：精胺酸（Arg）＞組胺酸（His）＞甘胺酸（Gly）。 環境條件平均淨電荷電泳方向 pH 小於 pI正向負極 pH 等於 pI零無淨電泳遷移 pH 大於 pI負向正極 在中性 pH 附近，麩胺酸多出的羧基主要帶負電，向正極移動；離胺酸因鹼性側鏈而偏正電，向負極移動。絲胺酸與酪胺酸在此條件下僅略偏負電。比較這些胺基酸時，麩胺酸向正極移動最明顯。實際移動速率也受分子大小、形狀與實驗條件影響。 五、調整至 pH 7 的加酸需求 在等濃度、未另加酸鹼的游離胺基酸水溶液之典型比較中，離胺酸因具有額外鹼性基團，溶液偏鹼；要調降至 pH 7，需要加入 HCl 提供質子。相較於酪胺酸、絲胺酸與麩胺酸，離胺酸需要最多鹽酸。 此判斷以起始條件相當為前提。若改用不同鹽類或事先調整過 pH 的溶液，不能只憑 pI 推算實際耗酸量。 六、pH 7.4 的主要形式與解離平衡 一般游離胺基酸的羧基 pKₐ 遠低於 7.4，α-胺基 pKₐ 通常高於 7.4，因此主要形式為－NH₃⁺、－COO⁻。 解離平衡並不代表只有主要形式存在：－NH₃⁺、－COOH 的陽離子型與－NH₂、－COO⁻的陰離子型，也可有少量存在。判讀複選時，應區分主要兩性離子型，以及少量陽離子型、陰離子型。－NH₂、－COOH 並非一般水溶液中用來描述胺基酸的主要形式。 胺基酸可依帶電性利用離子交換法分離，不能因具有兩性離子形式就認為無法分離；也不能推論它們皆易溶於非極性溶劑。此外，酪胺酸是兒茶酚胺的合成前驅物，包括多巴胺、正腎上腺素與腎上腺素。 常考陷阱 「三個 pK 全部平均」：錯在未找零電荷型態；例如 2、8、10 不應算成 6.7。 「所有三基團胺基酸都取最大兩值」：只適用於相應的鹼性基團配置；麩胺酸取兩個較低值。 「pI 就是 pH 7」：pI 表示淨電荷為零，與酸鹼中性的定義不同。 「兩性離子完全沒有電荷」：它具有正、負電荷，只是相加為零。 「正電往正極」：電荷相吸，正電往負極、負電往正極；正極本身帶正電。 「pH 7.4 只能存在一種型態」：主要形式是－NH₃⁺、－COO⁻，其他離子型仍可少量存在。 「用 pI 判斷每個基團是否解離」：整體電荷看 pI，個別基團看自己的 pKₐ。 記憶口訣 零電左右找 pK，兩值平均得 pI。 低 pH 抓質子，高 pH 放質子；低於 pI 偏正，高於 pI 偏負。 正往負極、負往正極；酸性取低、鹼性取高，最後仍看零電荷。