Die elektrische Nettoladung eines Peptids bei einem bestimmten pH-Wert ist die Summe der Henderson-Hasselbalch-Ladungsbeitraege aller titrierbaren Gruppen, vom N-Terminus ueber die ionisierbaren Seitenketten bis zum C-Terminus.
Wie berechnet man die Nettoladung eines Peptids bei einem bestimmten pH?
Der Dissoziationsgrad jeder sauren oder basischen Gruppe folgt einer sigmoiden Kurve, bestimmt durch die Differenz zwischen pH und pKa.
Fuer basische Gruppen (protonierte Form positiv geladen):
Ladungsbeitrag = 1 / (1 + 10^(pH - pKa))Fuer saure Gruppen (deprotonierte Form negativ geladen):
Ladungsbeitrag = -1 / (1 + 10^(pKa - pH))Beide Beziehungen bewirken einen stetigen Uebergang zwischen geladenem und neutralem Zustand.
Summe aller ionisierbaren Zentren
Ein Peptid besitzt ionisierbare Endgruppen (N-terminales Amin und C-terminales Carboxyl) sowie saure bzw. basische Seitenketten (Asp, Glu, Cys, Tyr, His, Lys, Arg):
Nettoladung(pH) = N-Terminus + C-Terminus + Summe(Seitenketten)Der Nettoladungsrechner wertet diese Summe unter Verwendung der Bjellqvist-Skala (1993) exakt aus.
Bezug zum isoelektrischen Punkt
Der isoelektrische Punkt ist der pH-Wert, bei dem die Nettoladung null wird. Der Rechner fuer isoelektrischen Punkt bestimmt diesen Punkt numerisch, waehrend der Ladung-gegen-pH-Kurvenrechner den Verlauf grafisch darstellt.
Grenzen der linearen Modellierung
Das Verfahren geht von voneinander unabhaengigen Gruppen in waessriger Loesung aus. In gefalteten Proteinstrukturen koennen lokale dielektrische Effekte und benachbarte Ladungen die beobachteten pKa-Werte verschieben.
Zusaetzliche Sequenzanalysen
Der Rechner fuer geladene Restanteile bestimmt den Prozentsatz ionisierbarer Aminosaeuren. Der Aromatizitaetsrechner quantifiziert Phenylalanin, Tryptophan und Tyrosin fuer spektroskopische Vorhersagen.
Zusammengefasst
Kurz gesagt: Nettoladung(pH) = N-Terminus + C-Terminus + Summe(Seitenketten), wobei jeder Beitrag der Henderson-Hasselbalch-Gleichung mit dem jeweiligen pKa-Wert folgt.
Wissenschaftliche Literatur und Zitate
- Henderson, L. J. (1908). Concerning the relationship between the strength of acids and their capacity to preserve neutrality. American Journal of Physiology, 21(2), 173-179. DOI: 10.1152/ajplegacy.1908.21.2.173. Ursprung der Puffergleichung.
- Hasselbalch, K. A. (1916). Die Berechnung der Wasserstoffzahl des Blutes. Biochemische Zeitschrift, 78, 112-144. Logarithmische Darstellung auf der pH-Skala.
- Bjellqvist, B., Hughes, G. J., et al. (1993). The focusing positions of polypeptides in immobilized pH gradients. Electrophoresis, 14(1), 1023-1031. PubMed PMID: 8125050. Empirische pKa-Werte fuer Peptidketten.
- IUPAC Compendium of Chemical Terminology (Gold Book). Pure and Applied Chemistry, 1997. Saeurekonstanten und Definitionen.