第106回薬剤師国家試験　問95（理論問題）　酸・塩基平衡

アミノ酸は両性化合物であり、その等電点（pI）と電荷はイオン交換クロマトグラフィーや等電点電気泳動における分離挙動を決定する因子となる。下に3つのアミノ酸の構造式とpK_a値を示す。これらのアミノ酸の等電点と電荷に関する記述のうち、正しいのはどれか。2つ選べ。

pK_a₁はα炭素に結合しているカルボキシ基のpK_a、pK_a₂はα炭素に結合しているアミノ基のpK_a、pK_Rは側鎖部分のpK_aである。

アミノ酸ＡのpIは、約5.98である。
アミノ酸ＢのpIは、約5.61である。
アミノ酸Ａは、pH2.33の緩衝液中では負電荷を持つ。
アミノ酸Ｂは、pH5.61の緩衝液中では正電荷を持つ。
アミノ酸Ｃは、pH3.22の緩衝液中では正電荷を持つ。

解答・解説

解答
１、４

解説
　等電点（pI）とは、両性化合物（アミノ酸など）の実効電荷が0となるpHである。構造とpKaよりアミノ酸A、B、Cの等電点を下記のように推測することができる。

【アミノ酸A】
pK_a₁＝2.36、pK_a₂＝9.60であることから、pHの上昇に伴ってα炭素に結合しているカルボキシ基からプロトン（H^＋）が遊離し、次にアミノ基からプロトン（H^＋）が遊離するため、pK_a₁＝2.36とpK_a₂＝9.60の中間のpHでアミノ酸Aの実効電荷が0となる。このことから、アミノ酸Aの等電点は約5.98となる。

【アミノ酸B】
pK_a₁＝2.17、pK_a₂＝9.04、pK_R＝12.48であることから、pHの上昇に伴ってα炭素に結合しているカルボキシ基からプロトン（H^＋）が遊離し、次にα炭素に結合しているアミノ基からプロトン（H^＋）が遊離する。続いて、側鎖部分のグアニジノ基からプロトン（H^＋）が遊離するため、pK_a₂＝9.04とpK_R＝12.48の中間のpHでアミノ酸Bの実効電荷が0となる。このことから、アミノ酸Bの等電点は約10.76となる。

【アミノ酸C】
pK_a₁＝2.19、pK_a₂＝9.67、pK_R＝4.25であることから、pHの上昇に伴ってα炭素に結合しているカルボキシ基からプロトン（H^＋）が遊離し、次に側鎖部分のカルボキシ基からプロトン（H^＋）が遊離する。続いて、α炭素に結合しているアミノ基からプロトン（H^＋）が遊離するため、pK_a₁＝2.19とpK_R＝4.25の中間のpHでアミノ酸Cの実効電荷が0となる。このことから、アミノ酸Cの等電点は約3.22となる。