質問: 酸性アミノ酸は等電点の等しいpHの酸性溶液中では電荷を失い極性を失い溶解度は低くなる
回答: アミノ酸全体としての総電荷が 0 となる pH が等電点(pI) である。 一般に イオン には 溶解度 (飽和濃度) は存在しないが電荷を持たない 分子 や 双性イオン には 溶解度 が存在する。 グルタミン酸「H2Glu」を例に取らふ。 pK1=2.19、pK2=4.25、pK3=9.67 とする。(岩波理化学辞典) 物質収支:[H3Glu^+]+[H2Glu]+[HGlu^-]+[Glu^2-]=s (溶解度) 質量作用則: [H^+][H2Glu]/[H3Glu^+]=K1 [H^+][HGlu^-]/[H2Glu]=K2 [H^+][Glu^2-]/[HGlu^-]=K3 以上4式から f([H^+])=[H^+]^3+K1[H^+]^2+K1K2[H^+]+K1K2K3 とすれば、 [H3Glu^+]=s*[H^+]^3/f([H^+]) [H2Glu]=s*K1[H^+]^2/f([H^+]) [HGlu^-]=s*K1K2[H^+]/f([H^+]) [Glu^2-]=s*K1K2K3/f([H^+]) と表せる。 双性イオン「H2Glu」のみに溶解度(飽和濃度) S° が存在するから グルタミン酸 が飽和するとき次の関係が成り立つ。 [H2Glu]=s*K1[H^+]^2/f([H^+])=S° 溶解度:s=S°*f([H^+])/(K1[H^+]^2) s を pH で微分すると、 ds/dpH=-ln(10)*S°*([H^+]^3ーK1K2[H^+]ー2K1K2K3)/(K1[H^+]^2) [H^+]^3ーK1K2[H^+]ー2K1K2K3=0 ......(*) [H^+]^3ーK1K2*([H^+]+2K3)=0 [H^+]^3ーK1K2[H^+]≒0、([H^+]>>2K3 と仮定して近似) [H^+]^2≒K1K2 [H^+]≒√(K1K2)=10^(-3.22)>>2K3=2*10^(-9.67)、(近似は妥当と云える) pH≒(pK1+pK2)/2=3.22 pH≒3.22 のとき グルタミン酸 の溶解度 s は最小となる。 一方で実効電荷:E=[H3Glu]ー[HGlu^-]ー2[Glu^2-]=0 となる pH が 等電点(pI)であるが此れは次のやふに書ける。 実効電荷:E=([H^+]^3ーK1K2[H^+]ー2K1K2K3)/f([H^+])=0 つまり [H^+]^3ーK1K2[H^+]ー2K1K2K3=0 となる pH が 等電点(pI) となる訳だが (*) と全く同じ方程式だから此の方程式を満たす pH は グルタミン酸 の 溶解度が最小となる pH に等しい。 ∴ グルタミン酸の等電点(pI)=(グルタミン酸の溶解度が最小となるpH)≒(pK1+pK2)/2=3.22