Un ion est un atome ou une molécule avec une charge électrique positive ou négative. Un zwitterion est une molécule avec des charges positives et négatives, mais avec une charge nette de zéro. Les atomes sont composés de particules subatomiques chargées positivement appelées protons, d’électrons chargés négativement et de particules neutres appelées neutrons. Lorsque le nombre de protons n’est pas égal au nombre d’électrons, un atome aura une charge positive ou négative. Les atomes ou molécules chargés négativement sont appelés anions, tandis que les atomes et molécules chargés positivement sont appelés cations.
Les acides et les bases peuvent exister sous forme d’ions ou de molécules non chargées, mais à des niveaux de pH neutres, ce sont des ions. La plupart des zwitterions sont des ampholytes, des molécules qui contiennent à la fois des groupes acides et basiques. Les acides aminés sont un exemple classique ; ils ont les deux groupes dans une seule molécule, mais parce que les deux sont chargés à pH neutre, la charge nette de l’acide aminé sera nulle.
En raison de ses charges électriques, un zwitterion sera très soluble dans l’eau et assez insoluble dans les solvants organiques. Les molécules d’eau sont polaires en raison des différences électriques entre les molécules d’hydrogène et d’oxygène ; c’est-à-dire que les atomes d’oxygène dans l’eau sont attirés par les cations et les atomes d’hydrogène dans l’eau sont attirés par les anions. Lorsqu’un zwitterion est dissous dans l’eau, les atomes d’hydrogène dans l’eau entourent immédiatement le groupe chargé négativement et les atomes d’oxygène dans l’eau entourent immédiatement le groupe chargé positivement, le dissolvant ainsi complètement.
En plus des acides aminés, d’autres types courants de ces molécules sont les tampons, les détergents et les médicaments. Le fait qu’ils soient solubles dans l’eau est ce qui les rend si utiles. Lorsqu’un zwitterion est stocké sous forme solide et sèche, par exemple dans une pilule, il se présentera sous la forme d’une molécule neutre ou d’un sel. Lorsqu’il est mangé ou placé dans l’eau, il prend sa forme ionique, ou chargée, et se dissout.
S’il est vrai que la plupart des acides aminés ont une charge neutre, il est important de noter que certains ont un troisième groupe chargé, ce qui leur confère une charge globale positive ou négative. Pour cette raison, les protéines, qui sont composées d’acides aminés, ont généralement une charge nette négative ou nette positive.