Voet 4 - Unifr

Das
Lehrbuch
Die
hierarchische
Organisation
biologischer
Strukturen
Die drei
Etappen der
Evolution
von Leben
Was ist Biochemie ?
Untersuchung des „Lebens“ auf
molekularer Ebene
Leben, wie wir es kennen, ist an ein
wässriges Milieu gebunden
Basen
Carbohydrate
Die Moleküle
des Lebens
Fettsäuren
Aminosäuren
4. Aminosäuren
1. Aminosäuren von Proteinen
A) Generelle Eigenschaften
B) Peptidbindung
C) Klassifizierung und Eigenschaften
D) Säure-Base Eigenschaften
E) Nomenklatur
2. Optische Aktivität
A) Operationelle Klassifikation
B) Die Fischer Projektion
C) Das Cahn-Ingold-Prelog System
D) Chiralität in der Biochemie
3. “Nonstandard” Aminosäuren
A) Aminosäuren-Derivative in Proteinen
B) Spezialisierte Rolle von Aminosäuren
Die „frühe“ Biochemie hat sich
hauptsächlich auf die Untersuchung
von Proteinen konzentriert.
– Uniforme physikochemische
Eigenschaften, können mit chemischen
Methoden untersucht werden:
– # Lipiden, Polysacchariden,
Nukleinsäuren
α-Aminosäuren
o AS sind die monomeren Bausteine
von Proteinen
o Generelle Struktur
o 20 R
o # Prolin
Klassen von AS
o Nach Polarität der Seitenkette
- Hydrophobe AS im Inneren von Proteinen
- Hydrophile und geladene AS auf der Oberfläche
o Nonpolar/hydrophob AS (9)
o Ungeladen/hydrophil AS (6)
o Geladene AS (5)
Nonpolar AS (9)
o Klein aliphatischer R: Glycin, Alanin,
Valin, Leucin, Isoleucin
o Thiol Ether: Methionin
o Zyklisch Sekundäre AS: Prolin
o Gross: Phenylalanin (Phenyl Gruppe),
Tryptophan (Indol Gruppe)
Amino acid with
nonpolar side
chains (2)
Ungeladen/Polare AS (6)
o
o
o
o
Hydroxyl Gruppe: Serin, Threonin,
Amid: Asparagin, Glutamin
Phenolisch: Tyrosin
Thiol: Cystein
Geladene AS (5)
o Basisch: Arginin, Lysin, Histidin (pK ~6.0 !)
o Sauer: Asparagin Säure, Glutamin Säure
Jede der 20 AS hat spezielle und
charakteristische physikochemische
Eigenschaften, deren Kombination
die grosse funktionelle Vielfalt an
Proteinen ermöglicht.
Die Peptidbindung
o Polymerisierung von AS
– Dipeptiden (202), Tripeptiden (203)
– Oligopeptiden (3-10)
– Polypeptide (linear)
o Protein: eine oder mehrere Polypetide
– 40-4000AS, Mw ~4-440 kD (AS ~110D)
o Proteine mit vielen verschiedenen
Funktionen basieren auf Variationen der
Reihenfolge (Sequenz) der 20 Standard
AS
Disulfidbrücken
o Inter- Intra-Ketten Vernetzung von
Polypetiden über Cys-Cys
Säure-Base Eigenschaften von AS
o
o
o
o
o
o
o
Amphoterische Substanzen, Ampholyte
pK1 Carboxyl Gruppe ~2.2 -> Carboxylat Form pH >3.5
pK2 Amino Gruppe ~9.4 -> Ammonium Form pH <8.0
pKR (Tabelle)
Zwitterionisch, Dipolare Ionen
Wasserlöslich
Salz, Tm ~300°C
Säure-Base Eigenschaften von AS (2)
o zB. Glycin
Henderson-Hasselbach Gleichung:
pH = pK + log ([A-]/[HA])
o Isoelektrischer Punkt:
pI = 1/2 (pKi + pKj)
- Amino Gruppe acidifiziert Carboxylgruppe
- Carboxylat Gruppe basifiziert die Amino
Gruppe
o AS sind nie ungeladen in Wasser
Proteine haben komplexe
Titrationskurven
o zB. Titrationskurve
von Ribonuklease A in
Abhängigkeit von
unterschiedlichen
Salzkonzentrationen
o Ca. 30% der AS
Seitenketten eines
Proteins sind
ionisierbar
Nomenklatur
o
o
o
o
o
Dreibuchstaben Code
Einbuchstaben Code
Glx = Gln oder Glu
Asx = Asn oder Asp
In Polypeptiden AS(-in)yl, N->C
– Alanyltyrosylaspartylglycin
– Ala-Tyr-Asp-Gly
– AYDG
o Griechische Buchstaben
für Carbon Positionen in AS
4.2. Optische Aktivität
o Optisch aktive Substanzen haben ein
asymmetrisches Zentrum (Chirales Zentrum)
und lassen sich mit ihrem Spiegelbild
(Enantiomer) nicht zur Deckung bringen
o zB. Enantiomere von Fluorochlorobromomethane
Klassifikation optisch aktiver
Substanzen
o mittels Polarimeter bestimmt
- Dextrorotatory, rechtsdrehend
- Levorotatory, linksdrehend
o Quantitativ: spezifische Rotation
- Aber keine absolute Konfiguration ableitbar !!!
Die Fischer Konvention
Emil Fischer (1891),
Versuch einer relativen
Konfigurationsangabe in
Bezug auf Glycerinaldehyd
Def: Horizontale Linien über,
vertikale Linien hinter der
Projektionsebene
Alle AS von Proteinen haben eine
L-Konfiguration
Die “CORN” Eselsbrücke
To draw absolute configuration of amino acids
Look down Cα from H
Write CO-R-N in clockwise orientation
Moleküle mit mehr als einem
chiralen Zentrum
<- Diastereomere ->
o Optische Isomere (Stereo Isomere)
unterscheiden sich in der
Konfiguration von zumindest einem
chiralen Zentrum
o Molekül mit n chiralen Zentren 2n
Stereoisomere
o Diastereomere = allo Formen
(unterschiedliche physikochem.
Eigenschaften # Enantiomere)
<- Enatiomere ->
Die 3 Stereoisomere von
Cystin
• Meso Formen sind intern kompensiert
und daher optisch inaktiv
Die Cahn-Ingold-Prelog
Nomenklatur
o Absolute Nomenklatur für chirale Zentren:
R (rectus) S (sinistrus)
o Gewichtungsregeln: 1. Atomzahl, 2. Substituent,
W > X > Y > Z (SH>OH>NH2>COOH>CHO>CH2OH>…)
o Look down H from Cα
Alle L-AS sind (S)
ausser Cys
Die Newman Projektion
o Zur Darstellung von Molekülen mit
mehreren chiralen Zentren
Prochirale Zentren
o Zwei chemisch identische Substituenten an einem
tetrahedralen Zentrum sind unterschiedlich
o Bsp. Ethanol, H sind prochiral
o Können über rotation nicht ineinander überführt
werden
re- und si-Ebene
o Die beiden Seiten von planaren Zentren
lassen sich ebenfalls unterscheiden
o Wichtig bei enzymatischen Reaktionen,
welche in der Regel enantioselektiv sind #
chemische Reaktionen (racemisch)
„Leben =
Vorkommen von optisch
aktive Verbindungen ?“
4.3. “Nicht-Standard” Aminosäuren
o Post-translationelle Modifikation von AS,
zB. Hydroxyprolin
o D-AS in Peptid Antibiotika von Prokaryonten,
zB. Valinomycin, Gramicidin
o Spezialisierte Rolle gewisser AS,
• zB. als Neurotransmitter, GABA, Histamin
• Metabolische Intermediate, zB. SAM
• Toxine, zB. Azaserin
Post-translationelle Modifikation
Biologisch aktive Derivative von Aminosäuren