Übungsblatt 3 1) Ein klassisches Experiment zur Proteinfaltung

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Übungsblatt 3
1) Ein klassisches Experiment zur Proteinfaltung wurde 1957 von R. Anfinsen am Enzym
Ribonuclease A durchgeführt. Dieses besteht aus 124 Aminosäuren und enthält 4 Disulfidbrücken. Native Ribonuclease (Aktivität = 100 %) wurde mit 8 M Harnstoff sowie 2-Mercaptoethanol behandelt, am folgenden Tag mindestens 24 h dialysiert und an der Luft stehen
gelassen.
a) Beschreiben Sie kurz, welche Effekte diese einzelnen Schritte bewirken.
(2 P)
b) Nehmen Sie in einem Gedankenexperiment an, die Disulfidbrücken der Ribonuclease
würden sich statistisch zwischen den Cystein-Resten des Proteins ausbilden. Wieviel % der
insgesamt vorhandenen Ribonuclease-Moleküle würden unter diesen Umständen die
korrekten Disulfidbrücken besitzen, wie sie in der native Konformation des Proteins zu finden
sind?
(3 P)
2) Bakteriorhodopsin ist ein integrales Membranprotein aus 248 Aminosäuren (M = 2,60×104
g/mol), das von dem in Salzlösungen heimischen Bakterium Halobacterium salinarium
gebildet wird und als lichtgetriebene Protonenpumpe fungiert. Aus der Röntgenstrukturanalyse weiß man, dass das Protein aus sieben parallelen α-helikalen Segmenten aufgebaut
ist, die alle die Zellmembran des Bakteriums (Dicke ≈ 4,5 nm) durchspannen.
a) Berechnen Sie den Anteil an Aminosäuren des Proteins, die in die Membran eingebettet
vorliegen sollte. Welche(s) Sekundärstrukturelement(e) sollten zusätzliche eine Rolle
spielen?
(4 P)
b) Der entscheidende Chromophor im Bacteriorhodopsin ist ein an einen Lysinrest des
Proteins gebundenes Retinal-Molekül, das unter Absorption eines Photons von der all-trans
in die 13-cis-Form isomerisiert wird.
Welcher Bindungstyp liegt vor? Zeichnen Sie das an den Lysinrest gebundene Retinal nach
Absorption eines Lichtquants.
(2 P)
3) Eine Mutante des Peptidhormons Angiotensin II weist folgende Aminosäurezusammensetzung auf:
(1x Asp, 1 x Arg, 1 x Ile, 1 x Met, 1 x Phe, 1 x Pro, 1 x Tyr, 1 x Val)
Folgende Beobachtungen wurden gemacht:
• Behandlung mit der Protease Trypsin (Protease = ein Enzym, das die Hydrolyse von
Peptidbindungen katalysiert) ergibt ein Dipeptid, das Asp und Arg enthält, sowie ein
Hexapeptid. Trypsin hydrolysiert nur Peptidbindungen nach Arg oder Lys.
• Spaltung mit BrCN ergibt ein Dipeptid, das Pro enthält, sowie ein Hexapeptid.
Behandlung mit Bromcyan hydrolysiert Peptidbindungen spezifisch nach Methionin.
• Spaltung mit der Protease Chymotrypsin liefert zwei Tetrapeptide der Zusammensetzung
(Asp, Arg, Tyr, Val) und (Ile, Met, Phe, Pro). Chymotrypsin spaltet nach hydrophoben
aromatischen Aminosäuren.
• Das erste Produkt einer Behandlung mit Carboxypeptidase ist Phe. Carboxypeptidase
spalten ein Peptid sukzessive vom C-Terminus her.
Leiten Sie aus den Angaben nachvollziehbar die Sequenz ab.
(4 P)
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4) Unter Antikörpern versteht man globuläre Proteine, die überwiegend β-Faltblattstruktur
aufweisen und mit Hilfe von variablen Domänen Moleküle binden können, die als Antigene
bezeichnet werden.
a) Beschreiben Sie die charakteristischen strukturellen Merkmale eines Antikörper-Moleküls.
(4 P)
b) Eine Lösung eines Antikörpers wurde mit dem Reduktionsmittel 2-Mercaptoethanol
behandelt. Wird dadurch die Affinität der Antikörper für ihr Antigen beeinflusst? Begründen
Sie.
(1 P)
c) Sie haben in zwei Ansätzen einen Antikörper einmal 30 Minuten mit Papain und einmal
nur mit Puffer inkubiert. Jede der beiden Proben wird anschließend noch einmal in zwei
gleich große Portionen aufgeteilt, von denen jeweils eine mit Mercaptoethanol behandelt
wird, die jeweils andere nicht. Beschreiben Sie welche Fragemente in den jeweiligen
Ansätzen vorhanden sind und welche molare Masse Sie die Fragmente erwarten.
(4 P)
5) Zeichnen Sie die Strukturformeln von zwei sehr wichtigen löslichen Cofaktoren, die sehr
häufig bei Redoxreaktionen als Cosubstrate benötigt werden.
(3 P)
6) In der Zelle gibt es ein Molekül, das für die Speicherung und Wiederbereitstellung von
Energie essentiell wichtig ist. Zeichnen Sie die Struktur dieses Moleküls. Erklären Sie den
hohen Energiegehalt anhand der molekularen Struktur. Durch welche zwei exergonen
Reaktionen kann dieses Molekül seine Energiegehalt erniedrigen und diese Energie für
andere Reaktionen bereitstellen. Wie groß ist die Änderung der freien Enthalpie für diese
Reaktionen?
(4 P)
7) Erklären Sie nachvollziehbar anhand einer thermodynamischen Grundgleichung, warum
ein Protein beim Erhitzen denaturiert.
(2 P)