Isoelektrischer Punkt 07:10 min

Guten Tag und herzlich willkommen!

Dieses Video heißt "Isoelektrischer Punkt". Welche Vorkenntnisse solltet ihr für das Schauen dieses Videos mitbringen? Ihr solltet bereits gute Vorkenntnisse über die Aminosäuren, ihre Kationen, Zwitterionen und Anionen besitzen. Sinnvoll wäre es, wenn ihr euch das Video über die Titrationskurve bereits angesehen habt. Die Begriffe Puffer, pH-Wert und pKs-Wert, sollten euch gut bekannt sein. Ihr solltet vertraut sein mit den Begriffen Dissoziationsstufen, pKs1 und pKs 2 im Zusammenhang mit Aminosäuren. Ziel des Videos ist es, Verständnis bezüglich des isoelektrischen Punktes zu vermitteln.

Gliederung des Videos: 1. Elektrophorese 2. Reaktion mit Ninhydrin 3. Der isoelektrische Punkt 4. Saure, basische und neutrale Aminosäuren und 5. Zusammenfassung.

1. Elektrophorese

Wir haben bereits gelernt, dass Aminsäuren über die neutrale Darstellungsweise nicht adäquat reproduziert werden. Je nach dem herrschenden pH-Wert haben wir es bei den Aminosäuren mit verschiedenen Ionen zu tun. So können hauptsächlich Kationen vorliegen. Unter anderen Bedingungen liegen hauptsächlich Anionen vor. Das Zwitterion liegt bei bestimmten pH-Wert-Einstellungen in maximaler Konzentration vor. Bei Kationen, Anionen und den Zwitterionen handelt es sich um Ladungsträger. Die beiden erstgenannten sollten den elektrischen Strom leiten, Zwitterionen hingegen nicht.

Der Vorgang der Elektrophorese geht folgendermaßen vonstatten: Man verwendet 1 Stück saugfähiges Papier. Man stellt einen bestimmten pH-Wert mit einem Puffer ein. Im Zentrum des Papiers wird ein Flecken mit der zu untersuchenden Aminosäure aufgetragen. An die Enden des Papiers wird eine Gleichspannung angelegt. Durch die Gleichspannung kommt es längs des Papiers zu einer Ionenwanderung. Anionen wandern zur positiven Elektrode, Kationen zur negativen Elektrode. Die Zwitterionen verharren am Startfleck, weil sie positive sowie negative Ladungen tragen.

1. Reaktion mit Ninhydrin

Die Behandlung der Flecken von Aminosäure dient dem Ziel, weiße Flecken sichtbar zu machen. Ninhydrin reagiert mit der Aminosäure unter Abspaltung von Kohlenstoffdioxid, eines Aldehyds von Wasser und eines Protons. Im Ergebnis entsteht ein violetter Farbstoff. Zunächst wird das Papier mit Ninhydrin besprüht. Nach einigem Erwärmen kommt es zur Bildung des violetten Farbstoffs. Die Flecken werden sichtbar, denn sie sind von violetter Farbe.

1. Der isoelektrische Punkt

Nehmen wir als Beispiel die Aminosäure Glycin. Bei einem pH-Wert von 11 bilden sich hauptsächlich Anionen aus der Aminosäure. Diese wandern zur positiv geladenen der Elektrode. Entsprechend wandern bei einem pH-Wert von 2 die gebildeten Kationen zur negativ geladenen Elektrode. Es gibt aber auch einen pH-Wert, der dazwischen liegt. Bei diesem pH-Wert sind hauptsächlich Zwitterionen vorhanden. Dieser pH-Wert beträgt für Glycin 6,1. Bei diesem pH-Wert liegt eine maximale Konzentration an Zwitterionen vor. Das ist der isoelektrische Punkt.

Der isoelektrische Punkt lässt sich aus den beiden pKs-Werten, pKs1 und pKs2, als deren arithmetisches Mittel berechnen. Für Glycerin erhalten wir: pHi=(2,4+9,8)/2. Somit ergibt sich: Der isoelektrische Punkt liegt beim Glycin bei 6,1.

1. Saure, basische und neutrale Aminosäuren

Der isoelektrische Punkt pHi ist ein wichtiges Unterscheidungsmerkmal für Aminosäuren. Bei 3,2, das heißt im sauren Bereich, befindet sich der isoelektrische Punkt für Glutaminsäure. Der isoelektrische Punkt für Asparaginsäure befindet sich ebenfalls im sauren Bereich. Am isoelektrischen Punkt liegt die Aminosäure hauptsächlich in Form ihrer Zwitterionen vor.

Es gibt eine Aminosäure, die ihren isoelektrischen Punkt bei 9,7, das heißt im basischen Bereich hat. Es handelt sich dabei um Lysin, deren Zwitterion ich hier darstelle. Liegt der isoelektrische Punkt im pH-Bereich von 5 bis 6,5, so spricht man von neutralen Aminosäuren. Zu den neutralen Aminosäuren zählen Glycin, Alanin, Phenylalanin und Glutamin.

1. Zusammenfassung

Man kann eine Aminosäure untersuchen, indem man eine Probe dieser Säure auf das Zentrum eines Stückchens saugfähigen Papiers aufträgt. Anschließend legt man eine Gleichspannung an den Papierenden an. Dieser Vorgang wird als Elektrophorese bezeichnet. Für die Aminosäure Glycin ergibt sich, dass bei einem pH-Wert von 11 eine Ionenwanderung in Richtung der positiven Elektrode einsetzt. Bei pH=2 findet eine Ionenwanderung in Richtung der negativen Elektrode statt. Die Flecken der Aminosäure werden durch Behandlung mit Ninhydrin sichtbar gemacht. Bei einem pH-Wert von 6,1 findet praktisch keine Ionenwanderung statt. Die Substanz verharrt am Startfleck. Diesen pH-Wert bezeichnet man als isoelektrischen Punkt. Am isoelektrischen Punkt ist die Konzentration der Zwitterionen der Aminosäure am größten. Man unterscheidet die Aminosäuren je nach Lage ihres isoelektrischen Punktes. Es gibt saure Aminosäuren, zu ihnen zählen Glutaminsäure und Asparaginsäure. Eine basische Aminosäure ist Lysin. Zu den neutralen Aminosäuren zählen Glycin, Alanin, Phenylalanin und Glutamin.

Ich danke für die Aufmerksamkeit. Alles Gute, auf Wiedersehen!