1.1 - Biochemie Trainingscamp

Aminosäuren und
Proteine
Von Mohammed Jaber
Aminosäuren
und Proteine
Kleinigkeit:
23 proteinogene AS
250 nicht
nicht--proteinogene AS
(Anzahl synthetisch erzeugten erheblich größer)
Aminosäuren
und Proteine
Kleinigkeit:
23 proteinogene AS
250 nicht
nicht--proteinogene AS
(Anzahl synthetisch erzeugten erheblich größer)
Was ist ein AMIN????
Abkö
Abkömmling
li d
des AMMONIAKS!!
NH3 + NH3
+
NH4 + NH2
Chemisch sind AS primäre Amine der Carbonsäuren
…aber,
aber was ist ein
AMIN????
Abkömmlinge des
AMMONIAKS!!
NH3 + NH3
+
NH4 + NH2
Ein Amin hast du, wenn eine NH2NH2-Gruppe an einer
Kohlenstoffkette hängt
CH3--CH2CH3
CH2-CH2
CH2--CH2
CH2--NH2 oder CH3
CH3--CH2
CH2--CH
CH--(NH2)(NH2)-CH2
CH2--CH3.
(Ein Amid erkennst du daran
daran, dass eine NH2
NH2--Gruppe mit einer Säuregruppe
verknüpft ist
CH3--CH2CH3
CH2-CH2
CH2--COO
COO--NH2.)
NH2.)
+
Ammonium--Ion = NH4 = Kation
Ammonium
Aminosäuren
und Proteine
Chemisch sind AS primäre Amine der Carbonsäuren
…aber, was ist ein
AMIN????
Abkömmlinge des
AMMONIAKS!!
NH3 + NH3
+
NH4 + NH2
Ei Amin
Ein
A i hast
h
d
du, wenn eine
i NH2
NH2--Gruppe
G
an einer
i
Kohlenstoffkette hängt
CH3--CH2CH3
CH2-CH2
CH2--CH2
CH2--NH2 oder CH3
CH3--CH2
CH2--CH
CH--((NH2)
(NH2))-CH2
CH2--CH3.
(Ein Amid erkennst du daran, dass eine NH2NH2-Gruppe mit einer Säuregruppe
verknüpft ist
CH3--CH2CH3
CH2-CH2
CH2--COO
COO--NH2.)
NH2.)
Und wo geht der Ammoniak dann hin?!
Aminosäuren
&
Ketosäuren
Der Harnstoffcyclus kann nur in der Leber betrieben werden.
Aspartat
CO2 u. NH4
Carbamoyl
Phosphat
synthetase 1
Kostet
2 ATP
Citrullin
Ornithin
Carbomayl
Transferase
Carbamoylphosphat
Argininosuccinat
synthetase
Kostet ein ATP
Hier geht
das P ab!
Argininosuccinat
Ornithin
Citrullin
Austauscher
ARGININO
SUCCINASE
Ornithin
Mitochondrium
Arginase
ARGININ
Isoharnstoff
FUMARAT
HARNSTOFF
Von Mohammed Jaber
W ist
Was
i t falsch?!
f l h?!
W
W.R.
R 2.17
2 17
D iisoelektrische
Der
l kt i h P
Punkt
kt einer
i
AS liliegtt b
beii pH
H=6
6,2.
2
Diese AS
a) Wandert bei pH = 5 im elektrischen Feld zur
Kathode
b) Kann eine Monoaminocarbonsäure sein
c) Weist die maximale Pufferkapazität bei pH = 6,2
d) Besitzt bei 6,2
6 2 ein starkes Dipolmoment
e) Ist bei 8,2 überwiegend negativ geladen
Aminosäuren
und Proteine
Im wesentlichen besitzt jede AS,
AS 2 Gruppen die sie erst zu einer AS
machen:
Aminosäuren
und Proteine
Im wesentlichen besitzt jede AS,
AS 2 Gruppen die sie erst zu einer AS
machen:
- eine Aminogruppe ( -NH2) – basisch (nicht sauer!)
- eine Carboxylgruppe ((-COOH+ ) – sauer (nicht basisch!)
Aminosäuren
und Proteine
Im wesentlichen besitzt jede AS,
AS 2 Gruppen die sie erst zu einer AS
machen:
- eine Aminogruppe ( -NH2
NH2) – basisch (nicht sauer!)
+
- eine Carboxylgruppe ((-COOH ) – sauer (nicht basisch!)
Diese werden auch als funktionelle Gruppen
pp bezeichnet.
Sie ändern, in Abhängigkeit des pHpH-Wertes, ihre Ladung.
NH2 ist basisch,
basisch weil es noch ein H+ aufnehmen kann und somit
den Gesamt
Gesamt--pH nach oben verschiebt (Protonenakzeptor).
Aminosäuren
und Proteine
Im wesentlichen besitzt jede AS,
AS 2 Gruppen die sie erst zu einer AS
machen:
- eine Aminogruppe ( -NH2
NH2) – basisch (nicht sauer!)
+
- eine Carboxylgruppe ((-COOH ) – sauer (nicht basisch!)
Diese werden auch als funktionelle Gruppen
pp bezeichnet.
Sie ändern, in Abhängigkeit des pHpH-Wertes, ihre Ladung.
NH2 ist basisch,
basisch weil es noch ein H+ aufnehmen kann und somit
den Gesamt
Gesamt--pH nach oben verschiebt (Protonenakzeptor).
+
COOH ist sauer, weil es sein H+ abgeben kann und somit
den Gesamt
Gesamt--pH nach unten verschiebt (Protonendonator).
Außerdem kann die AS auch neutral geladen sein, wenn…
Aminosäuren
und Proteine
Im wesentlichen besitzt jede AS,
AS 2 Gruppen die sie erst zu einer AS
machen:
- eine Aminogruppe ( -NH2
NH2) – basisch (nicht sauer!)
+
- eine Carboxylgruppe ((-COOH ) – sauer (nicht basisch!)
Diese werden auch als funktionelle Gruppen
pp bezeichnet.
Sie ändern, in Abhängigkeit des pHpH-Wertes, ihre Ladung.
NH2 ist basisch,
basisch weil es noch ein H+ aufnehmen kann und somit
den Gesamt
Gesamt--pH nach oben verschiebt (Protonenakzeptor).
+
COOH ist sauer, weil es sein H+ abgeben kann und somit
den Gesamt
Gesamt--pH nach unten verschiebt (Protonendonator).
Außerdem kann die AS auch neutral geladen sein, wenn sie in
ihrem jeweils charakteristischen isoelektrischer Punkt ist.
W ist
Was
i t falsch?!
f l h?!
W
W.R.
R 2.17
2 17
D iisoelektrische
Der
l kt i h P
Punkt
kt einer
i
AS liliegtt b
beii pH
H=6
6,2.
2
Diese AS
a) Wandert bei pH = 5 im elektrischen Feld zur
Kathode
b) Kann eine Monoaminocarbonsäure sein
c) Weist die maximale Pufferkapazität bei pH = 6,2
d) Besitzt bei 6,2
6 2 ein starkes Dipolmoment
e) Ist bei 8,2 überwiegend negativ geladen
Aminosäuren
und Proteine
Was ist falsch?!
Der isoelektrische Punkt einer AS liegt
g bei p
pH = 6,2.
Diese AS…
a) Wandert bei pH = 5 im elektrischen Feld zur Kathode.
b) Kann eine Monoaminocarbonsäure sein.
c) Weist die maximale Pufferkapazität bei pH = 6,2.
d) Besitzt bei 6,2 ein starkes Dipolmoment.
Die Zahl der (+)
( ) Ladung ist gleich die der ((–
–) Ladungen!
e)) Ist
I t bei
b i 8,2
8 2 überwiegend
üb
i
d negativ
ti geladen.
l d
Antwort: c)
Aminosäuren
und Proteine
Im wesentlichen besitzt jede AS,
AS 2 Gruppen die sie erst zu einer AS
machen:
- eine Aminogruppe ( -NH2) - basisch
y g pp ((--COOH+ ) – sauer
- eine Carboxylgruppe
Ausgehend vom I.P. bzw. abhängig vom pHpH-Wert,
kann eine AS ein Kation (+) oder ein Anion ((-) sein.
Abhängig vom pH
pH--Wert kann man folgendes sagen…
( ) d.h., die Carboxylgruppe
(+):
C
ist im Besitz seines Protons, u. kann
somit den pH
pH--Wert durch die Abgabe dieses H+ sauer machen.
(Sie wandert zur Kathode ((--).)
die Aminogruppe trägt ein H+ zu wenig und kann durch die
Aufnahme eines Protons, den pHpH-Wert basisch machen.
(Sie
(
wandert zur Anode ((+).)
))
Merke: Eine AS ist niemals nicht geladen!!
Sie ist entweder ein Kation, ein Anion oder sie ist
neutral geladen.
Wo ist die AS ein Kation und wo ein Anion?!
Das Zwitterion und der Isoelektrische Punkt!
Ein Zwitterion ist hier eine AS mit den beiden
funktionellen Gruppen:
Gruppen:
die Carboxylgruppe die ein H+ abgeben kann [Säureeigenschaft]
und
die Aminogruppe die ein H+ aufnehmen kann
[BASENEIGENSCHAFT]
Wann liegt
g denn nun die AS als Z.I. vor?!
Das Zwitterion und der Isoelektrische Punkt!
Ein Zwitterion ist hier eine AS mit den beiden
funktionellen Gruppen:
Gruppen:
die Carboxylgruppe die ein H+ abgeben kann [Säureeigenschaft]
und
die Aminogruppe die ein H+ aufnehmen kann
[BASENEIGENSCHAFT]
Wann liegt denn nun die AS als Z.I. vor?!
W
Wenn
die
di A
Aminogruppe
i
3H
H+ tträgt
ä t
und die Carboxylgruppe gar keins!!
Das Zwitterion und der Isoelektrische Punkt!
Wann liegt denn nun die AS als Z.I. vor?!
W
Wenn
die
di A
Aminogruppe
i
3H
H+ tträgt
ä t
und die Carboxylgruppe gar keins!!
Bsp: Glycin
- Purinbiosynthese
GLYCIN
Das Zwitterion und der Isoelektrische Punkt!
Wann liegt denn nun die AS als Z.I. vor?!
W
Wenn
die
di A
Aminogruppe
i
3H
H+ tträgt
ä t
und die Carboxylgruppe gar keins!!
Bsp: Glycin
- neutral
- Purinbiosyntehse
- glucoplastisch (wird zu Pyruvat Ausgangssubstanz
d Gl
der
Gluconeogenese!)
!)
COOH
+ I
H3N-C-H
I
H
pKs1
+
H
COO
+ I
H3N-C-H
I
H
I.P.
+
H
COO
I
H2N-C-H
I
H
pKs2
Das Zwitterion und der Isoelektrische Punkt!
Ein Zwitterion ist hier eine AS mit zwei (oder mehreren)
funktionellen Gruppen,
Gruppen,
bei dem die eine Gruppe eine positive und
die andere eine negative Ladung trägt (oft ist das Molekül dann
insgesamt neutral).
Aminosäuren liegen sowohl in wässriger Lösung als auch in der
festen Phase als Zwitterionen vor.
Ausgehend vom jeweiligen pKs (bzw. pHpH-Wert):
+
COOH
+ I
H3N-C-H
I
H
pKs1
+
H
COO
+ I
H3N-C-H
I
H
I.P.
+
H
COO
I
H2N-C-H
I
H
pKs2
p
Wo ist die AS ein Kation und wo ein Anion?!
W.R. 2.14
Lysin hat folgende pKpK-Werte:
pK--alpha
pK
alpha--Carboxyl = 2,2
pK--alpha
pK
alpha--Amino = 8,9
89
pK--epsilonpK
epsilon-Amino = 10,5
-
W.R. 2.14
Lysin (essentiell) hat folgende pKpK-Werte:
pK--alpha
pK
alpha--Carboxyl = 2,2
pK--alpha
pK
alpha--Amino = 8,9
89
pK--epsilonpK
epsilon-Amino = 10,5
Bei welchen der angegebenen pHpH-Werte hat Lysin
Geringste Pufferwirkung?!
a)
b)
c)
d)
e)
2,2
45
4,5
8,9
97
9,7
10,5
COO
+I
3HN-C
3HN
C–H
I
CH2
I
CH2
I
die CH2
I
CH2
I +
NH3
-
W.R. 2.14
Lysin (essentiell) hat folgende pKpK-Werte:
pK--alpha
pK
alpha--Carboxyl = 2,2
pK--alpha
pK
alpha--Amino = 8,9
89
pK--epsilonpK
epsilon-Amino = 10,5
Bei welchen der angegebenen pHpH-Werte hat Lysin
geringste Pufferwirkung?!
a) 2,2
b) 4,5
45
c) 8,9
d) 9,7
97
e) 10,5
Lösung:
Lö
b)
COO
+I
3HN-C
3HN
C–H
I
CH2
I
CH2
I
die CH2
I
CH2
I +
NH3
W.R. 2.14
Lysin (essentiell) hat folgende pKpK-Werte:
pK--alpha
pK
alpha--Carboxyl = 2,2
pK--alpha
pK
alpha--Amino = 8,9
pK--epsilon
pK
epsilon--Amino = 10
10,5
5
Bei welchen der angegebenen pHpH-Werte hat Lysin die
geringste Pufferwirkung?
Lösung: b) 4,5
Bei p
pH = p
pK ist die g
größte Pufferwirkung
g einer AS g
gegeben.
g
Und je weiter der pH vom pK desto niedriger ist sie!
Der pK
pK--Wert zeigt ab wann die Amino
Amino--/ Carboxylgruppe in
einer wässrigen Lösung als H
H--Akzeptor/Akzeptor/-Donator aktiv wird.
Ist denn Lysin eine Neutrale, Saure, Basische,…
-
COO
+ I
3HN-C – H
I
CH2
I
CH2
I
CH2
I
CH2
I
NH3+
Wo ist die AS ein Kation und wo ein Anion?!
Eine wichtige Bedeutung der AS kommt also der
Pufferwirkung zu.
Hier sei die AS Histidin erwähnt,
die sich v.a. in den Seitenketten von vielen
Plasmaproteinen befindet,…
COO
+I
NH3-C-H
I
CH2
NH
N
Eine wichtige Bedeutung der AS kommt also der
Pufferwirkung zu
zu. Hier sei die AS
Histidin
erwähnt die sich vv.a.
erwähnt,
a in den Seitenketten von vielen
Plasmaproteinen befindet, um somit eine entscheidende
Rolle bei der pH
pH--Konstanthaltung im Körper zu tragn
tragn.
COO
+I
NH3-C-H
I
CH2
NH
HISTIDIN!
N
pH--Zelle: 6,8 - 7,8
pH
pHpH-Serum: 7,35
Funktion: Blutpuffer
p
im Hämoglobin
g
Hormon (Histamin(Histamin- Synthese ist PALP
PALP--Abhängig)
Chemotaxis
Glucoplastische AS!!! (alpha(alpha-Ketoglutarat)
(glucopl. AS die bei Ihrem Abbau entweder
Pyruvat o. Zwischenprodukte
COO
des Citratcyklus liefern)
I
+
NH3-C-H
I
CH2
NH
N
HISTIDIN!