AMINOSÄUREN (Aufbau, Eigenschaften, Zwitterion) | Chemie Tutorial

Studytiger - Chemie
14 Mar 202205:46

Summary

TLDRThis script discusses the structure and behavior of amino acids, focusing on their ability to act as acids or bases. It explains the formation of zwitterions, where amino acids can have both positive and negative charges depending on the pH. The video also covers the reactions that occur at different pH levels, leading to the formation of cations or anions. It introduces the concept of the isoelectric point (IEP), where an amino acid is uncharged. The script is educational, aiming to clarify the chemistry behind amino acids for viewers.

Takeaways

  • 🧬 The script discusses the structure of amino acids, highlighting the central carbon atom, hydrogen atom, amino group, and carboxyl group.
  • 🔬 The amino group consists of a nitrogen atom bonded to two hydrogen atoms, capable of acting as a base by accepting a proton.
  • 🌟 The carboxyl group can act as an acid by donating a proton (H+), and it is part of the amino acid's ability to engage in acid-base reactions.
  • ⚖️ The script explains the concept of zwitterions, where amino acids can exist in a form with both positive and negative charges due to the loss or gain of a proton.
  • 🔄 The equilibrium reaction within an amino acid is described, where the carboxyl group can donate a proton directly to the amino group, forming a zwitterion.
  • 🌡️ The behavior of amino acids in different pH environments is explored, with the script detailing how the charge on the amino acid changes with pH.
  • 💧 The script mentions the reactions that occur at low pH (acidic conditions), where the amino acid forms a cation by accepting a proton from a water molecule.
  • 🌀 Conversely, at high pH (basic conditions), the amino acid forms an anion by losing a proton from the amino group.
  • 🔴 The isoelectric point (IEP) is introduced as the pH value at which an amino acid has no net charge, existing as a zwitterion.
  • 🔬 The script also touches on the potential reactions of amino acids with other ions, such as OH-, and how these reactions can revert the amino acid back to its zwitterionic state.

Q & A

  • What is the central atom in an amino acid molecule?

    -The central atom in an amino acid molecule is a carbon atom, known as the alpha carbon.

  • How is the hydrogen atom attached to the central carbon atom in an amino acid?

    -In an amino acid, a hydrogen atom is directly attached to the central carbon atom.

  • What are the components of the amino group in an amino acid?

    -The amino group consists of a nitrogen atom bonded to two hydrogen atoms.

  • What is the function of the carboxyl group in an amino acid?

    -The carboxyl group can act as an acid, meaning it can donate a proton (H+).

  • How does the amino group in an amino acid function?

    -The amino group can act as a base, meaning it can accept a proton (H+).

  • What is the significance of the R group in an amino acid?

    -The R group, or side chain, can vary in size and structure, and it determines the specific properties of the amino acid.

  • What happens when a proton (H+) is donated or accepted by the amino and carboxyl groups?

    -When a proton is donated or accepted, the amino acid can form a zwitterion, which has both a positive and negative charge.

  • What is the isoelectric point (IEP) of an amino acid?

    -The isoelectric point is the pH value at which an amino acid has no net charge, meaning it is neither acidic nor basic.

  • How does the pH of a solution affect the charge state of an amino acid?

    -At low pH (acidic conditions), the amino acid tends to form a cation, while at high pH (basic conditions), it tends to form an anion.

  • What are the two significant reactions that occur in an amino acid depending on the pH value?

    -At low pH, the amino acid reacts to form an H3+ ion, and at high pH, it reacts to form a Z- ion.

  • What is the role of water (H2O) in the reactions involving amino acids?

    -Water can participate in reactions with amino acids, such as accepting a proton to form hydronium (H3O+) in acidic conditions or donating a proton to form hydroxide (OH-) in basic conditions.

Outlines

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🧬 Structure and Properties of Amino Acids

This paragraph discusses the molecular structure of amino acids, focusing on the central carbon atom (catom), the hydrogen atom, the amino group, and the carboxyl group. It explains the ability of the carboxyl group to act as an acid by donating a proton (H+) and the amino group to act as a base by accepting a proton. The paragraph also describes the formation of a zwitterion, where the amino acid can exist in a state with both positive and negative charges. The equilibrium reaction within the amino acid, where a proton can be transferred between the carboxyl and amino groups, is also explained. The paragraph concludes with a mention of how the amino acid's behavior can vary depending on the pH of the solution, leading to different ionic forms.

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🔬 Reactions of Amino Acids at Different pH Levels

The second paragraph delves into the reactions of amino acids at varying pH levels. It describes how amino acids can form different ions depending on whether the solution is acidic or basic. In an acidic environment (low pH), the amino acid tends to form a cation (H3N+R-COOH), while in a basic environment (high pH), it forms an anion (H2N-R-COO-). The paragraph also introduces the concept of the isoelectric point (IEP), which is the pH at which the amino acid has no net charge and exists as a zwitterion. The discussion includes the reactions of amino acids with water molecules (H3O+ or OH-) and how these reactions can lead back to the zwitterion form. The paragraph ends with a teaser to the viewer to check out more videos on the topic, suggesting further exploration of the subject matter.

Mindmap

Keywords

💡Amino Acid

Amino acids are the building blocks of proteins. Each amino acid has a central carbon atom (carom), an amino group (which includes a nitrogen atom and two hydrogen atoms), a carboxyl group (which includes a carbon atom double-bonded to an oxygen atom and an attached hydroxyl group), and a variable side chain (R group). In the script, the structure of amino acids is described, highlighting how the carboxyl and amino groups can participate in reactions, such as proton donation and acceptance.

💡Carboxyl Group

The carboxyl group is a functional group consisting of a carbon atom double-bonded to an oxygen atom and a hydroxyl group attached to the carbon. It can act as an acid, donating a proton (H+). In the video, it is mentioned that the carboxyl group can release an H+, thus playing a role in the acid-base reactions of amino acids.

💡Amino Group

The amino group is a functional group composed of a nitrogen atom bonded to two hydrogen atoms. It can act as a base, accepting a proton (H+). The script explains that the amino group can undergo protonation, which is essential for the zwitterion formation in amino acids.

💡Zwitterion

A zwitterion is a molecule that has both a positive and a negative charge at physiological pH. In the context of amino acids, the zwitterion form is achieved when the carboxyl group donates a proton, and the amino group accepts a proton. The script describes the formation of a zwitterion and how it can participate in further reactions.

💡Side Chain (R Group)

The side chain or R group in an amino acid is the variable part that determines the amino acid's properties. The script mentions that the R group can be of various sizes and types, which influences the amino acid's behavior in reactions and its role in protein structure.

💡pH

pH is a measure of the acidity or alkalinity of a solution. The video discusses how the pH value affects the ionization state of amino acids, leading to different forms such as cations, anions, or zwitterions. The script explains the reactions at different pH levels, such as the formation of H3+ ions in acidic conditions or OH- ions in basic conditions.

💡Isoelectric Point (IEP)

The isoelectric point is the pH at which an amino acid has no net charge, meaning it is neither acidic nor basic. The script refers to the IEP as the pH value where the amino acid exists as a zwitterion, which is a critical concept in understanding protein behavior and separation techniques.

💡Protonation

Protonation is the process by which a molecule or atom gains a proton (H+). In the context of the video, protonation of the amino group is discussed, leading to the formation of a cation. The script describes how this process occurs at different pH values and influences the overall charge of the amino acid.

💡Deprotonation

Deprotonation is the reverse process of protonation, where a molecule or atom loses a proton (H+). The script mentions deprotonation in the context of the carboxyl group releasing a proton, leading to the formation of an anion. This process is crucial for understanding the acid-base properties of amino acids.

💡Cation

A cation is a positively charged ion. In the video, the formation of cations from amino acids is discussed when the carboxyl group donates a proton in acidic conditions. The script explains how the amino acid can then act as a cation and participate in further reactions.

💡Anion

An anion is a negatively charged ion. The script describes the formation of anions from amino acids when the amino group accepts a proton in basic conditions. This process is essential for understanding how amino acids can act as bases and influence the overall charge of proteins.

Highlights

Amino acids have a central carbon atom bonded to an amino group, a carboxyl group, a hydrogen atom, and a variable side chain.

The amino group consists of a nitrogen atom and two hydrogen atoms.

The carboxyl group is made up of a carbon atom double-bonded to an oxygen atom with an attached hydroxyl group.

The side chain can vary in size depending on the specific amino acid.

The carboxyl group can act as an acid by donating a proton (H+).

The amino group can act as a base by accepting a proton (H+).

Amino acids can undergo a zwitterion formation where the carboxyl group donates a proton to the amino group.

In a zwitterion, the oxygen retains a negative charge, and the nitrogen has a positive charge due to the loss of an electron pair.

The newly formed amino group in the zwitterion can act as an acid, and the new carboxyl group can act as a base.

At a low pH, the amino acid will form an H3+ ion, indicating it is in an acidic solution.

At a high pH, the amino acid will form a Z- ion, indicating it is in a basic solution.

The carboxyl group can accept a proton from H3O+, forming a cation.

The cation can react with OH- ions to revert back to the zwitterion form.

At a neutral pH, the amino acid will form an anion by losing a proton from the amino group.

The isoelectric point (IEP) is the pH value at which an amino acid exists as a zwitterion with no net charge.

The video also mentions the speaker's physics German channel for further educational content.

Transcripts

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in diesem geht aminosuchen und hier ist

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mal der aufbauinos dargestellt wir haben

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jetzt immer in der Mitte ein catom dann

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hier ein H Atom angäend dann jetzt hier

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eine minogruppe angäend besteht einmal

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aus einem Stickstoffatom und zwei

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Wasserstoffatomen dann rechts eine

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kapoylgruppe jetzt die kylgruppe besteht

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mal aus einem catom das jetzt eine

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Doppelbindung mit dem Sauerstoffatom

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eingeht und eine ohguppe noch angehängt

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und dann haben wir jetzt noch eben ein

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Rest hier am zum angehängt der jetzt

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beliebig groß sein kann jetzt in

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Abhängigkeit welche aminosure wir jetzt

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konkret haben und dann können wir sagen

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dass die Carboxylgruppe als sieren kann

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also D als Proton donaton regieren kann

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heißt kann jetzt hier ein H+ abgeben und

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die amingruppe die kann jetzt als bas

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regieren heißt die kann jetzt als

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protonakzeptor ein proteon aufnehmen und

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jetzt könnte z.B auch innerhalb so einer

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aminosurosell st diese sobasreaktion

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möglich sein dass jetzt hier die Kruppe

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ein H+ direkt an die aminruppe abgibt

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das heißt mal hier vorgestellt das hum

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spaltet sich ab hängt sich dann als H+

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schon hier an die Aminogruppe an und

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dann würden wir jetzt in der

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Gleichgewichtsreaktion so ein zwiiton

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erhalten wir sehen logischerweise wenn

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sich dieses h pluson abspaltet bleibt

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dann hier beim Sauerstoff ein Negativ

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klar übrig und dann jetzt hier h plus

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schon hier angelagert erh dann

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dementsprechend hier drei Bindung am

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Stickstoff und dann löst sich dieses

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elektronpar am Stickstoff das vorher nur

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beim Stickstoff angackt war sich lös

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sich auf geht dann an der Bindung mit

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dem Wasserstoff ein das heißt wir halten

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dann hier eine positiv Ladung und dann

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jetzt bei diesem zwiionen wä jetzt auf

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einmal die neue Aminogruppe jetzt eine

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Säure weil jetzt kann diese neue

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Aminogruppe wieder hier ein Hal plus

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abgeben dementsprechend als auch

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reagieren und die neue

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kuuppe die kann jetzt als bas reagieren

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weil die kann jetzt wie da ein H+ al was

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vorh abgespen wurde kann es jetzt wieder

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aufnehmen und das ist erstmal so zum

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Zwitter jetzt will ich im nächsten

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taftbild noch die genauen Reaktionen

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erklären die beim siton möglich sind

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hier zum zweiten taftbild und hier haben

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wieder das siton und jetzt gibt's je

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nach pHWert zwei wesentlich Reaktionen

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einmal wenn wir jetzt ein niedigen PT

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haben heißt wenn sich das Viton jetzt in

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saurer Lösung befindet dann haben wir

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jetzt hier die Reaktion mit M h3+ Ion

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denn logisch in saurer Lösung heißt wir

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haben h3+ vorliegen und wenn der P der

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gegen hoch ist heißt wenn das fon sich

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jetzt in einer basischen Lösung befindet

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dann gibt's hier direkt Z minusionen

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denn dann liegt das fon in Basis Lösung

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also in

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- vor und jetzt erstmal hier diese REK

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zu erklärt also wenn jetzt das zwion mit

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h3o+ reagiert dann wie gerade verprochen

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kann jetzt diese neue Carboxylgruppe

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jetzt als basregin heißt diese

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kboxylgruppe speziell hier am das

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Sauerstoffatom das Negativ g ist das

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kann jetzt hier ein H+ Ion von hum plus

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aufnehmen und dann erhalten wir hier

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diesen diesen Stoff wir sehen das H Atom

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ist jetzt angehängt und dann logisch

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wenn jetzt hier vom H3 plus H+ sich

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jetzt hier anhängt und wir dann halt

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hier diesen orteil haben dann bleibt H2

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übrig deswegen noch hier geschrieben H2

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W noch die Begleiterscheinung davon und

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dann sehen wir jetzt hier die negative

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Ladung ist ja aufgehoben die positive

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Ladung des fons bleibt bestehen deswegen

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haben dann hier ein Kation und dann

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gibt's auch noch eine Reaktion zurück

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also dieses Kation kann jetzt mit

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o-usonen wieder zum Zwitter reagieren

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und wir sehen dann wenn jetzt hier das

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Kation mit reagiert dann können wir uns

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vorstellen das hatom wird dann hier

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abgespalten reagiert dann insgesamt zu

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H2O und dann haben wir wieder hier die

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negative Ladung am Sauerstoffatom

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deswegen das wir dann hier die Reaktion

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wieder zum ztion dann wenn wir jetzt

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einen hen PWT haben also dann wenn sich

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das Basis Lösung befindet dann haben wir

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jetzt hier diese Reaktion mit einem

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oh-on und dann sehen wir dass jetzt die

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Aminogruppe wie gerade besprochen als

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säuret heißt jetzt wird hier ein Atom

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abgespalten und dann zusammen das ganze

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dann mit Wasser und wir halten dann

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dementsprechend hier wieer unsere

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normale Aminogruppe dann hier

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negativeadung beib stehen deswegen das W

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hier die Reaktion zum Anion denn jetzt

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haben wir nur noch die negative Ladung

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übrig deswegen hier Anion und auch da

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gibt's dann wieder eine Reaktion wieder

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zurück zum Zion W dann jetzt hier die

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Reaktion mit h3o+ wir sehen dann wieder

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Reaktion dass ich jetzt hier ein H+ an

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die Aminogruppe anlagert wir haben dann

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halt wieder diesen Teil jetzt mit der

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positiven Ladung und dann auch hier

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wieder logisch ein H+ geht hin zur

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Aminogruppe es bleibt H2 übrig und das

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wenn jetzt so die gigen Reaktion wichtig

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je nach perwert haben wir eine Saur

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Lösung dann diese Reaktion haben wir

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eine basisch Lösung diese Reaktion und

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noch eineche Größe und zwar ist jetzt

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der IEP als der isoelektrische Punkt das

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jetzt genau der pHWert wo jetzt ein

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Aminosäure als Vung vorliegt das noch

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eine Sache dazu und jetzt verlink hier

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noch mein Physik deutchkanall ma ich

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auch Videos Fall interess K

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vorbeischauen und das war dann damit zu

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