Summenformel-Rechner

Summenformel und Molekülmasse beantworten zwei verschiedene Fragen, und diese Website berechnet beide aus derselben Restmassentabelle. Die Summenformel fragt, wie viele Atome vorhanden sind, und das ist ganzzahliges Zählen ohne etwas zu Nähernde. Die Molekülmasse fragt, was diese Ansammlung wiegt, und das ist eine gewichtete Summe über tabellierte Werte. Keine wird aus der anderen abgeleitet: Stimmen die beiden überein, bestätigen sie einander also gegenseitig, und widersprechen sie sich, ist ein Fehler lokalisiert und nicht eine Rechnung in anderer Schreibweise wiederholt. Kein Weg führt durch den anderen, und genau diese Eigenschaft macht das Paar überhaupt erst wertvoll.

Genau deshalb ist eine Summenformel für manche Fragen die richtige Antwort und für andere nutzlos. Die Zusammensetzungsanalyse misst Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff und Schwefel über eine Verbrennung und vergleicht die gemessenen Prozentsätze mit theoretischen, die aus einer Summenformel berechnet sind. Die Summenformel ist also eine Eingabe in diesen Vergleich und kein Nebenprodukt. Ein Isotopenmarkierungs-Design muss wissen, wie viele Stickstoffatome zum Markieren zur Verfügung stehen. Eine Masse kann keines von beiden liefern und lässt sich auch von keinem der beiden liefern, weil viele verschiedene Summenformeln auf die Genauigkeit jeder Waage hin dieselbe Masse teilen.

In der Praxis geht dieser Unterschied leicht verloren, weil die beiden Antworten meist zusammen verlangt werden und in Eile die eine für die andere stehen kann. Der Rechner Masse zu Mol braucht eine Molmasse, und die Molmasse kommt aus der Restmassentabelle und nicht aus der Summenformel, wer die Atomzahlen ausgerechnet hat, hat also noch einen Schritt vor sich. Beide Wege zu rechnen und sie zu vergleichen ist keine vergeudete Mühe, denn der Vergleich ist es, der einen falsch abgetippten Rest in einer langen Sequenz fängt. Die beiden Antworten schränken einander außerdem in einer nützlichen Richtung ein, denn eine Summenformel, deren implizite Masse weit von der abgeleiteten entfernt liegt, lässt sich nicht durch Ändern einer Ziffer retten, eine kleine Abweichung in einer langen Kette meistens schon.

Die Hill-Ordnung stellt Kohlenstoff zuerst, Wasserstoff an zweiter Stelle und jedes verbleibende Element alphabetisch nach dem Symbol, für ein Peptid also Stickstoff, Sauerstoff und dann Schwefel. Es sieht nach Typografie aus, und es ist auch Typografie, aber Typografie mit einer Aufgabe: Es ist eine Sortierregel, und die macht zwei Summenformeln mit dem Auge vergleichbar. In Hill-Ordnung geschrieben lassen sich zwei Strukturen Element für Element vergleichen, ohne einen der beiden Namen zu kennen. In jeder anderen Reihenfolge muss zuerst sortiert werden. Die Reihenfolge macht außerdem ein fehlendes Element leicht erkennbar, weil eine Lücke in der erwarteten Folge von Symbolen auffällt, anders als ein falsch gezählter Index.

Die fünf hier gedruckten Elemente sind die fünf, die die zwanzig Standardreste beitragen können, eine von dieser Seite erzeugte Peptid-Summenformel kann also ausschließlich Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff und Schwefel enthalten. Eine Zahl von null wird weggelassen statt gedruckt, und eine Zahl von eins wird als bloßes Symbol ohne Index geschrieben. Die nützliche Folge ist, dass eine Summenformel ohne Schwefel eine Aussage über die Sequenz ist und keine Auslassung: Sie bedeutet, dass die Kette weder Cystein noch Methionin enthält. Dieselbe Logik gilt für die anderen vier Zahlen, jede davon ist durch die tatsächlich vorhandenen Reste festgelegt und lässt sich nicht unabhängig von ihnen variieren.

Eine Summenformel auf das zu lesen, was sie weglässt, wird leichter, sobald die Beiträge je Rest bekannt sind. Der Aminosäurezusammensetzungsrechner zählt Reste nach Art, was eine andere Frage ist als Atome zu zählen, und der Peptidlängenrechner liefert die Restzahl, von der die Wasserrechnung abhängt. Wo eine Summenformel und eine Restzahl über dieselbe Sequenz uneins sind, liegt der Fehler in der Sequenz und nicht in einer der beiden Rechnungen. Beide Zahlen stammen aus derselben abgetippten Zeichenkette, die auch die Summenformel erzeugt hat, eine Unstimmigkeit ist also ein Grund, die Zeichenkette erneut zu lesen, und keiner, die Rechnung anzuzweifeln.

Die stärkste Verwendung einer Summenformel ist der unabhängige Neuaufbau der Masse, weil die Rechnung hier anders herum läuft. Nehmen Sie fünf Alaninreste. Fünf freie Alanine sind C15H35N5O10, und die vier Bindungen dazwischen entfernen vier Wasser, was C15H27N5O6 ergibt. Multipliziert man diese Zahlen mit den mittleren Standardatommassen, 180.165 für Kohlenstoff, 27.214 für Wasserstoff, 70.034 für Stickstoff und 95.996 für Sauerstoff, ergibt das in Summe 373.409. Der Weg über die Reste ergibt 373.40928, dieselbe Zahl bis an die Grenze dessen, was beide Wege tragen können. Nichts in diesem Neuaufbau stammt aus der Restmassentabelle, und das ist der ganze Grund, ihn zu rechnen.

Widersprechen sich die beiden Neuaufbauten, ist die Seite der Summenformel meist die aufschlussreichere, weil sie benennt, welches Element nicht aufgeht. Eine Summenformel, die ein Sauerstoffatom und zwei Wasserstoffatome schwerer ist, als die Masse es nahelegt, deutet auf eine andere Bindungsanordnung oder eine nicht berichtete Modifikation hin und nicht auf einen Tippfehler in einer Tabelle. Der Rechner für die mittlere Molekülmasse führt den Weg über die Reste aus, und der Rechner für die monoisotopische Masse denselben Weg in der anderen Isotopenkonvention. Eine Unstimmigkeit zwischen Summenformel und Masse grenzt den Fehler also auf die Sequenz oder auf ein nicht abgebildetes Stück Chemie ein.

Mehrere Dinge, die reales Material mit sich führt, erscheinen nie in einer aus einer Sequenz abgeleiteten Summenformel. Eine Disulfidbindung zwischen zwei Cysteinen entfernt zwei Wasserstoffatome, das sind 2.016 Da in der Mittelwertkonvention und 2.01565 in der monoisotopischen, und nichts in dieser Rechnung entfernt sie. Ebenso fehlen gebundenes Lösungsmittel, ein Trifluoroacetat-Gegenion und jeder Hilfsstoff in einem lyophilisierten Vial. Keines davon ist ein Fehler in der Arithmetik, es sind Tatsachen, die die Sequenz nicht kodiert. Eine Zeichenkette, die zufällig zwei Cysteine enthält, sagt nichts darüber, ob sie verbunden sind, dieselbe Sequenz liefert also je nach etwas, das die Summenformel selbst nicht ausdrücken kann, zwei Summenformeln und zwei Massen.

Der Endzustand ist die andere Auslassung, und er überrascht häufiger als das Gegenion. Ein cyclisierter N-Terminus und ein amidierter C-Terminus verändern beide die Atomzahlen und nicht nur die Masse, eine aus einer nackten Sequenz berechnete Summenformel passt also nicht mehr, sobald eines der beiden Enden gekappt ist. Der Rechner für Modifikationsmasse führt die Massenverschiebungen der häufigen Modifikationen in der Kette, und der Rechner zur Molmassen-Gegenprüfung zeigt, ob die gesuchte Differenz Chemie oder ein Fehler ist. Die Summation hinter der ganzen Übung steht im Leitfaden zur Molekülmasse und zu Peptidrechnungen .