Aminosaeuren

03.02.2009
U. Albrecht
Donald Voet • Judith G. Voet • Charlotte W. Pratt
Fundamentals of Biochemistry
Second Edition
Chapter 4:
Amino Acids
Copyright © 2006 by John Wiley & Sons, Inc.
Protein from greek proteios = primary
U. Albrecht
Proteins composed of amino acids
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Kapitel 4
1. Aminosäuren Struktur
A. Allgemeine Eigenschaften
B. Peptidbindungen
C. Klassifikation und Charakteristika
D. Säure-Base Eigenschaften
E. Nomenklatur
2. Stereochemie
3. Aminosäuren Derivate
A. Modifikation der Seitenketten von Proteinen
B. Biologisch aktive Aminosäuren
1. Aminosäuren Struktur
Lernziele:
1) Kennen der allgemeinen Struktur einer Aminosäure und
der Strukutren der 20 verschieden Seitenketten
2) Verstehen wie Peptidbindungen Aminosäurereste zu
einem Polypeptid verknüpfen.
3) Verstehen dass Aminosäuren ionisierbare Gruppen
enthalten deren pK Werte variieren wenn die
Aminosäure Teil eines Polypeptides ist.
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All proteins are composed of 20 ‘standard’ amino acids.
α-Amino Acids(AA) -> primary amino group next to α-carbon (exception proline)
The 20 standard AA differ in the structure of the side chain (R-groups)
The 20 standard amino acids
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very often used
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most often used
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Helix breaker
(see later)
least used
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average Mass = 110
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b
n
a
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1. A. Allgemeine Eigenschaften
Amino and Carboxylic groups readily ionized -> Amino pK2 = 9.4 Carboxyl pK1 = 2.2
At physiological pH (about 7.4) amino groups are protonated and the carboxylic acid groups are
in their conjugate base (carboxylate) form -> Amino acids can act as both an acid and base.
Amino acids are Zwitterions or Dipolar ions
at physiological pH.
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1. B. Peptid Bindungen
Aminosäuren polymerisieren und bilden Ketten.
Kondensierungsreaktion (siehe unten) -> Peptid Bindung
Die Variation in der Länge und
Aminosäuresequenz von Polypeptiden steuert zur Diversität
der Form und Funktion von
Proteinen bei.
amino terminus oder
N-term
Peptidbindung
carboxyl terminus oder
C-term
= Dipeptid wenn aus mehreren Amino
säuren -> Polypeptid
Einzelne Aminosäure eines Polypeptides=
Aminosäure Rest
1. C. Klassifikation und Charakteristika
Klassifizierung gemäss der Polarität der Seitenketten. -> 3 Hauptklassen:
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1) apolare R-Reste
2) ungeladene polare R-Reste
3) geladene polare R-Reste
1) Apolare Aminosäuren
R
C
N
Alanin
Isoleucin
Phenylalanin
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Alanin
*
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Isoleucin
*
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Phenylalanin
*
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Ungeladene polare Seitenketten haben hydroxyl, amid oder thiol Gruppen
Serin
Glutamine
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Serin
*
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Glutamine
*
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Thiolgruppe
Geladene polare Seitenketten sind positiv oder negativ geladen
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Aspartate
Lysine
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Aspartate
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Lysine
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1. D. Säure-Base Eigenschaften
Titrationskurve für Glycine
Isoelektrischer Punkt pI :
pH bei welchem das Molekül keine
netto Ladung hat.
in wässeriger Lösung
nur in sehr geringen
Mengen vorhanden
pKs genug weit auseinander sodass
für beide die Hendeson-Hasselbach
Gleichung gilt:
[A-]
pH = pK + log -------[HA]
pI = 1/2 (pK1 + pK2)
Die pK Werte der ionisierbaren Gruppen hängen
von den Nebengruppen ab.
z.B. CH3COOH pK = 4.76 aber bei Gly pK1 = 2.35
Grund: Die NH3+ Gruppe in Gly stabilisiert COO-> braucht mehr H+ um Gleichgewicht herzustellen.
Amine pK = 10.7 aber bei Gly NH3+ = 9.78
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1. E. Nomenklatur
C-term
N-term
alanyl tyrosyl aspartyl glycine
Ala-Tyr-Asp-Gly
AYDG
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gamma
carboxyl group
epsilon amino group
2. Stereochemie
Lernziele:
1) Verstehen dass Aminosäuren und andere chemische
Verbindungen chirale Moleküle sind deren Konfiguration
in der Fischer-Projektion dargestellt werden kann.
2) Verstehen dass Aminosäuren in Proteinen stereochemisch die L Konfiguration haben.
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Polarimeter
Alle Aminosäuren ausser Glycine sind optisch aktiv.
Optisch aktive Moleküle sind asymmetrisch -> asymmetrische Zentren = chirale Zentren
(griechisch cheir = Hand).
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Chirale Zentren lassen Enantiomere entstehen.
Lassen sich nur durch polarisiertes Licht und Reaktionspartnern welche auch
chiral sind unterscheiden.
Richtung der Ablenkung im Polarimeter und Händigkeit von Molekülen kein direktes
Verhältnis. z.B. Leu dreht Licht um 10.4° nach links, währenddem Arg um 12.5° nach
rechts dreht.
Von der optischen Rotation ist es also nicht möglich auf die absolute Konfiguration
zu schliessen.
Enatiomere von fluorochlorobromomethane
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Die Fischer Projektion beschreibt die Konfiguration asymmetrischer Zentren
vertikale nach
unten
horizontale
nach oben
levorotatorisch (griech. levo=links)
dextrorotatorisch (Griech. dextro=rechts)
U. Albrecht
gleiche relative Konfiguration
2
1
3
Alle Aminosäuren von Proteinen haben die L-Konfiguration
(viele L-Aminosäuren sind aber dextrorotatorisch in polarisiertem Licht).
Fischerprojektion nicht praktisch für Moleküle mit mehreren chiralen Zentren.
n
n chirale Zentren gibt 2 verschiedene Stereoisomere.
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Cahn-Ingold-Prelog or RS system
(latin rectus=rechts, sinistrus=links)
Das Leben basiert auf chiralen Molekülen
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Chemische Synthesen produzieren enantiomere nicht getrennt -> Razemische Gemische
Biosynthetische Prozesse produzieren reine Stereoisomere also keine rezemischen Gemische.
L-AS nur ein Beispiel. -> da nur L produziert wird sind alle biologischen Prozesse auf L-AS aufgebaut.
Gleiche proteine mit D-AS haben keine Wirkung, da alle Interaktionen sterisch beeinflusst sind.
Peptidasen in unserem Körper schneiden Peptide mit L-AS aber nicht bakterielle mit D-AS. Um D-AS zu
machen haben Bakterien spezielle Enzyme.
Viele Medikamente werden als razemische Gemissche Synthetisiert. Nur ein enatiomer wirksam, das andere
unwirksam.
(anti-inflammatorisch)
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anderes Enatiomer verursacht
schwere Geburtsschäden.
(mildes sedativ)
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3. Aminosäuren Derivate
Lernziele:
1) Verstehen dass die Seitenketten von Aminosäureresten
in Proteinen kovalent modifiziert werden können.
2) Verstehen dass einige Aminosäuren und Aminosäurenderivate als Hormone und regulatorische Moleküle
wirken können.
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3. A Seitenkettenmodifikationen von Proteinen
Seitenketten werden oft modifiziert nach der Synthese der Polypepditkette.
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Green fluorescen protein von der Qualle Aequorea victoria.
Wird als reporter gebraucht. Proteinsequenz davorkloniert -> fusionsprotein
-> Menge von Protein durch Menge von Fluoreszenz sichtbar.
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Zyklisierung Ser-Gly
-> System konjugierter
Dppelbindungen.
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3. B Biologisch aktive Aminosäuren
Einzelne AS oder AS Derivate oder AS Vorstufen.
Aufgaben: Stickstoff transport, Energielieferant, Botenstoffe
aus glutamin, ein Neurotransmitter
aus Histidin, lokaler
mediator allergischer
Reaktionen
aus Tyrosin, ein
Neurotransmitter
aus Tyrosin, iodhlatiges Schilddrüsenhormon welches
den Stoffwechsel stimuliert.
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Glutathion inaktiviert oxidative Substanzen um Zerstörung zellulärer Strukturen zu
verhindern.
oxidative Substanzen
werden reduziert.
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