Nettoladungsrechner

Jede ionisierbare Gruppe ist ein Paar aus konjugierter Säure und konjugierter Base im Gleichgewicht, und das Massenwirkungsgesetz legt das Verhältnis der beiden Formen fest. Ein höherer pH-Wert begünstigt die deprotonierte Form, und das Verhältnis der protonierten zur deprotonierten Population ist zehn hoch zur Potenz von pH minus pKa. Löst man diese Beziehung nach dem Anteil statt nach dem Verhältnis auf, erhält man die beiden Summanden, die diese Seite addiert: einen positiven Ausdruck für eine basische Gruppe und einen negativen für eine saure Gruppe. Nichts hier ist angepasst oder optimiert. Die Form jedes Beitrags wird vom Gleichgewicht aufgezwungen, und der pKa ist einfach der pH-Wert, bei dem beide Formen gleich häufig sind.

Das ist auch der Grund, warum die beiden Ausdrücke Spiegelbilder sind und nicht zwei verschiedene Formeln, und warum jeder Beitrag zwischen plus und minus eins begrenzt ist. Eine Gruppe kann nicht mehr als eine einfache Ladung tragen, in keiner der beiden Richtungen, denn sie hält entweder ein Proton oder keines. Ihre Summe ergibt meist keine ganze Zahl, und das ist kein Mangel. Es ist eine Erwartung: die mittlere Ladung pro Molekül über eine Population, in der jede Gruppe bei ihrer Gleichgewichtsfraktion steht, und keine Anzahl geladener Positionen. Der Leitfaden zu Nettoladung und Henderson-Hasselbalch arbeitet dieselbe Herleitung an einer ausführlicheren Kurve durch.

Die Empfindlichkeit einer Gruppe gegenüber dem pH-Wert ist über den Bereich nicht konstant. Sie ist am größten genau an ihrem eigenen pKa, wo die Gruppe zur Hälfte protoniert ist, und fällt auf beiden Seiten ab. Differenziert man den Anteil, ergibt sich eine maximale Steigung von etwa 0,58 Ladungseinheiten pro pH-Einheit für eine einzelne Gruppe an ihrem pKa und praktisch null weit davon entfernt. Ein Zehntel pH-Einheit ist also viel wert, wenn es nahe an einem pKa landet, und fast nichts, wenn es auf einem flachen Abschnitt landet. Ein Fehler in einem angegebenen pH-Wert schadet also nicht gleichmäßig, und wo er landet, entscheidet, wie stark er schadet.

Das ist der praktische Grund, warum ein Puffer mehr bedeutet, als seine Molarität vermuten lässt. Ein Zehntel pH-Einheit neben einem Histidin oder einer Carboxylgruppe verschiebt diese Gruppe um rund sechs Prozent einer Ladung, und teilen sich mehrere Gruppen einen pH-Wert, verschiebt sich die Summe noch weiter. Dasselbe Zehntel nahe pH 9,7, in einem Abschnitt, in dem sich nichts ändert, verschiebt die Antwort um fast nichts. Der Rechner für die Ladungs-pH-Kurve zeichnet die gesamte Funktion, sodass der Abstand zwischen dem pH-Wert, mit dem Sie rechnen, und der nächsten Stufe sichtbar wird und nicht erschlossen werden muss.

Das Modell zählt jede Gruppe, die im tabellierten Satz einen pKa trägt, wozu Cystein und Tyrosin gehören. Beide werden als ionisierbar behandelt, und bei neutralem pH-Wert tragen beide sehr wenig bei, weshalb ihr Effekt bei pH 7 meist unsichtbar ist und unter alkalischen Bedingungen auffällt. Cystein trägt außerdem eine völlig andere Art von Ladung, wenn es eine Disulfidbrücke bildet, und diese Veränderung wird überhaupt nicht modelliert. Schutzgruppen, die eine endständige Ladung entfernen, gehören zum Rechner für terminale Modifikation und nicht hierher.

Die beiden Enden werden immer gezählt und sind nie optional. Auf einer langen Kette sind sie neben den Seitenketten ein Rundungsfehler. Auf einer Kette aus vier oder fünf Resten können sie die Hälfte aller ionisierbaren Positionen im Molekül ausmachen, und das Entfernen eines Endes durch Amidierung oder Acetylierung verschiebt die Antwort um eine volle Einheit. Das ist auch der Grund, warum der geladene Restanteil für sich genommen ein schlechter Wegweiser für die Ladung eines kurzen Peptids ist: Er zählt nur Seitenketten und lässt beide Enden aus Zähler und Nenner heraus.

Diese Zahl ist ein thermodynamisches Modell der Protonierungsgleichgewichte in Lösung. Sie ist nicht die Beweglichkeit, und Beweglichkeit ist nicht Ladung. Das elektrophoretische Verhalten hängt zusätzlich von der Ionenstärke ab, von den vorhandenen Gegenionen, von jeder spezifischen Wechselwirkung mit einem Träger oder einer Membran und von der Form. Nichts davon geht in die Summe ein, und ein Peptid mit der Ladung minus eins kann sich deutlich anders bewegen als ein anderes mit derselben Ladung, wenn deren Reibungskoeffizienten sich unterscheiden.

Sie beschreibt auch nicht ein einzelnes Molekül. Das Ergebnis ist ein Mittel über eine Population, was es gebrochenrational macht, und jede reale Probe liegt irgendwo auf dieser Verteilung und nicht genau in ihrer Mitte. Liegt die Antwort nahe null, lohnt die Frage, welcher pH-Wert nötig wäre, um das Vorzeichen zu wechseln, denn dieser pH-Wert ist der isoelektrische Punkt , und der ist eine weit beständigere Größe zum Zitieren als eine Ladung bei einem beliebigen pH. Einen gewünschten pH-Wert überhaupt erst zu erreichen ist eine eigene Rechnung, und die beginnt beim Rechner für Pufferverdünnungen .