pH, charge nette et point isoélectrique d’un peptide

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.