Dissoziation von Aminosäuren

Wird eine Aminosäure in Wasser gelöst, liegt sie hauptsächlich in der zwitterionischen Form (Z) vor. Diese steht im Gleichgewicht mit der kationischen (K) und der anionischen Form (A) der Aminosäure. Gibt man zu dieser Lösung Säure (${\text{H}}^{+}$), wird das Gleichgewicht zur kationischen Form K verschoben. Bei Zugabe von Basen (Laugen) werden die aus der Aminosäure freigesetzten Protonen durch $\text{O}{\text{H}}^{-}$-Ionen neutralisiert und das Gleichgewicht auf die Seite der Anionen verschoben.

Die Lage des Gleichgewichts kann durch das Massenwirkungsgesetz beschrieben werden:

Massenwirkungsgesetz

${\mathit{K}}_{\text{a,}1}$ = [Z] [${\text{H}}^{+}$] / [K]  bzw.  ${\mathit{K}}_{\text{a,}2}$ = [A] [${\text{H}}^{+}$] / [Z]

Durch Logarithmieren erhält man, unter Berücksichtigung, dass ${-\; log}_{10}[{\text{H}}^{+}]$ = $\text{pH}$ und ${-\; log}_{10}(K_a)$ = ${\text{p}\mathit{K}}_{\text{a}}$, die Henderson-Hasselbalch-Gleichung:

Henderson-Hasselbalch-Gleichung

$\text{pH}$ = ${\text{p}\mathit{K}}_{\text{a,}1}$ + log [Z]/[K]  bzw.  $\text{pH}$ = ${\text{p}\mathit{K}}_{\text{a,}2}$ + log [A]/[Z]

Bei einem bestimmten pH-Wert verhält sich die Aminosäure nach außen neutral. Diesen pH-Wert nennt man isoelektrischen Punkt ( ${\text{pH}}_{\text{IP}}$ ). Am isoelektrischen Punkt liegt die Aminosäure weitgehend als Zwitterion vor und die Konzentrationen von Kationen und Anionen sind gleich groß ([K] = [A]).

Diese Überlegung lässt sich auch auf Peptide (und Proteine) übertragen. Bei Peptiden können außer der terminalen $\text{C}\text{O}\text{O}\text{H}$- und $\text{N}{\text{H}}_2$-Gruppe auch Carboxy- und Amino-Gruppen der Aminosäure-Seitenketten dissoziieren. Die Peptide weisen an den zugehörigen ${\text{p}\mathit{K}}_{\text{a}}$-Werten Pufferwirkung auf. Auch für jedes Peptid (und Protein) gibt es genau einen $\text{pH}$-Wert, an dem es ungeladen vorliegt, jedes Peptid und Protein hat einen isoelektrischen Punkt!