Zwei Gruppen, ein Zwitterion
- Anknüpfung:Amine und Carbonsäuren kennen Sie aus der Polykondensation (6.1.4) — eine Aminosäure trägt beide Gruppen in einem Molekül.
- Aufbau:2-Aminocarbonsäuren (α-Aminosäuren) \(\ce{H2N-CHR-COOH}\): Amino- und Carboxygruppe am selben C-Atom, dazu eine Seitenkette R.
- 20 proteinogene:unterscheiden sich nur in R — unpolar (Val, Leu, Phe), polar (Ser, Thr), sauer (Asp, Glu) oder basisch (Lys, Arg).
- Chiralität:außer bei Glycin (R = H) ist C-2 ein Stereozentrum; in Proteinen kommen nur L-Aminosäuren vor (Fischer-Projektion: \(\ce{NH2}\) links).
- Zwitterion:die saure COOH-Gruppe protoniert die basische \(\ce{NH2}\)-Gruppe im selben Molekül (Brønsted, 3.1.1).
Zwitterion: \(\ce{H2N-CHR-COOH}\) \(\ce{<=>}\) \(\ce{H3N+-CHR-COO-}\)
- Folgen:Ionengitter im Feststoff — hohe Zersetzungstemperaturen (Glycin ≈ 230 °C), gut wasserlöslich, kaum löslich in Heptan.
Die Ladung hängt vom pH-Wert ab
- Ampholyt:das Zwitterion nimmt in saurer Lösung ein Proton auf (→ Kation) und gibt in basischer Lösung eines ab (→ Anion).
- pKs-Werte:Carboxygruppe ≈ 2, Ammoniumgruppe ≈ 9–10; ist pH < pKs, liegt die Gruppe überwiegend protoniert vor.
- Isoelektrischer Punkt:pH-Wert, bei dem die mittlere Ladung null ist — die Aminosäure wandert bei der Elektrophorese nicht und ist am schlechtesten löslich.
Isoelektrischer Punkt: \(\mathrm{pI} = \dfrac{\mathrm{p}K_{\mathrm{S}1} + \mathrm{p}K_{\mathrm{S}2}}{2}\)
- Welche pKs?bei sauren und basischen Seitenketten die beiden Werte, die das ungeladene Zwitterion einrahmen: saure Aminosäuren pI ≈ 3, basische pI ≈ 10.
Ziehe die pH-Marke über das Diagramm (oder Marke mit Tab wählen, ←/→ in 0,1er-Schritten, mit Shift in ganzen Schritten). Wähle oben eine andere Aminosäure und suche jeweils den pH-Wert, bei dem sie im elektrischen Feld nicht wandert.
Halte fest: Unterhalb der pKs-Werte sind die Gruppen protoniert, oberhalb deprotoniert. Am isoelektrischen Punkt ist die mittlere Ladung null — die Aminosäure wandert im elektrischen Feld nicht.
Allgemeine Hinweise
Die „Neutralform“ gibt es kaum
Die Schreibweise \(\ce{H2N-CHR-COOH}\) ist bequem, aber in Wasser und im Kristall liegt praktisch nur das Zwitterion vor.
pI ist nicht pH 7
Nur bei neutralen Aminosäuren liegt der pI knapp unter 6 — bei sauren deutlich darunter, bei basischen deutlich darüber.
Ladung Gruppe für Gruppe
Jede Gruppe einzeln prüfen: pH unter ihrem pKs → protoniert. Dann die Ladungen aller Gruppen addieren.