Ein Zwitterion ist ein Molekül, das sowohl eine positive als auch eine negative Ladung trägt, jedoch insgesamt elektrisch neutral ist. Bei Aminosäuren, die die Bausteine von Proteinen sind, tritt dieses Phänomen auf, weil sie sowohl eine Aminogruppe (-NH2), die protoniert eine positive Ladung trägt (-NH3+), als auch eine Carboxylgruppe (-COOH), die deprotoniert eine negative Ladung trägt (-COO-) besitzen. Die unterschiedlichen Ladungen der Aminosäuren hängen stark vom pH-Wert der Umgebung ab. Bei niedrigem pH (sauer) ist die Aminogruppe protoniert und trägt eine positive Ladung, während die Carboxylgruppe ebenfalls protoniert ist und keine negative Ladung trägt. In diesem Zustand ist die Aminosäure positiv geladen. Bei neutralem pH (ungefähr pH 7) sind die meisten Aminosäuren als Zwitterionen vorhanden, da die Aminogruppe protoniert ist und die Carboxylgruppe deprotoniert ist. Dies führt zu einer positiven Ladung an der Aminogruppe und einer negativen Ladung an der Carboxylgruppe, was zu einer Gesamtladung von null führt. Bei hohem pH (basisch) wird die Aminogruppe deprotoniert, was dazu führt, dass die Aminosäure insgesamt negativ geladen ist, da die Carboxylgruppe bereits negativ geladen ist. Zusammengefasst: Die Ladung einer Aminosäure hängt vom pH-Wert ab, der die Protonierung oder Deprotonierung der funktionellen Gruppen beeinflusst.