pH, charge nette et point isoélectrique d’un peptide
Calculer la charge nette d’un peptide à un pH donné, estimer son point isoélectrique et en déduire le bon solvant : méthode avec les pKa et exemples du catalogue.
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La charge électrique d’un peptide dépend du pH, et elle commande presque tout le reste : solubilité, rétention en chromatographie, ionisation en spectrométrie de masse, adsorption sur les surfaces. La calculer prend quelques minutes et évite beaucoup d’essais infructueux.
Les groupes ionisables
| Groupe | pKa approximatif | Charge sous le pKa | Charge au-dessus |
|---|---|---|---|
| Carboxyle C-terminal | 3,1 | 0 | −1 |
| Asp (chaîne latérale) | 3,9 | 0 | −1 |
| Glu (chaîne latérale) | 4,1 | 0 | −1 |
| His (imidazole) | 6,0 | +1 | 0 |
| Cys (thiol) | 8,3 | 0 | −1 |
| Amine N-terminale | 8,0 | +1 | 0 |
| Tyr (phénol) | 10,1 | 0 | −1 |
| Lys (amine ε) | 10,5 | +1 | 0 |
| Arg (guanidinium) | 12,5 | +1 | 0 |
Les valeurs varient selon les tables et le contexte de la séquence ; elles suffisent pour une estimation.
Charge nette à pH 7 : la méthode rapide
À pH 7, on peut compter simplement :
- +1 par Lys, par Arg, et pour l’amine N-terminale libre ;
- −1 par Asp, par Glu, et pour le carboxyle C-terminal libre ;
- His ≈ 0 (légèrement positive) ;
- une extrémité acétylée ou amidée ne compte pas.
Exemples
| Peptide | Calcul | Charge à pH 7 |
|---|---|---|
| BPC-157 | N-term +1, Lys +1, Glu/Asp/Asp −3, C-term −1 | −2 |
| KPV | N-term +1, Lys +1, C-term −1 | +1 |
| Selank | N-term +1, Lys +1, Arg +1, C-term −1 | +2 |
| Thymosine α1 | Ac (0), 4 Lys +4, 9 Asp/Glu −9, C-term −1 | ≈ −6 |
| LL-37 | N-term +1, 6 Lys + 5 Arg +11, 5 Asp/Glu −5, C-term −1 | +6 |
Le point isoélectrique
Le pI est le pH auquel la charge nette est nulle. On l’estime en calculant la charge à différents pH (avec l’équation de Henderson-Hasselbalch pour chaque groupe) et en cherchant le passage par zéro. Des outils en ligne le font à partir de la séquence ; l’ordre de grandeur suffit :
- peptide riche en Asp/Glu : pI de 3 à 5 ;
- peptide équilibré : pI de 6 à 8 ;
- peptide riche en Lys/Arg : pI de 9 à 12.
Ce qu’on en tire au laboratoire
Solubilité. Un peptide est le moins soluble à son pI. Pour dissoudre :
- peptide basique (pI élevé) → pH acide, par exemple l’eau acétique 0,6 % ;
- peptide acide (pI bas) → pH neutre à légèrement basique ;
- peptide neutre et hydrophobe → solvant organique (voir Solubiliser un peptide hydrophobe).
Chromatographie. En phase inverse à pH 2 (TFA), tous les carboxyles sont neutres et les bases protonées : les peptides basiques forment plus de paires d’ions avec le TFA. En échange d’ions, la charge détermine directement la rétention.
Spectrométrie de masse. Le nombre de sites basiques fixe l’état de charge maximal observé en ESI positif. Un peptide très acide comme la thymosine α1 s’ionise moins bien en mode positif.
Adsorption. Les peptides très basiques s’adsorbent sur le verre (silanols chargés négativement) : préférer le polypropylène à faible adsorption.
Mesurer le pH d’une solution
Une solution concentrée de peptide sous forme de sel de trifluoroacétate est acide (voir TFA ou acétate). Pour les essais sensibles, mesurer le pH de la solution mère avec une microélectrode et l’ajuster si nécessaire, plutôt que de supposer qu’elle est neutre.
L’application pratique de ces règles est détaillée dans Mettre en solution un peptide lyophilisé.
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