Aminosäuren und Proteine
Werbung
Aminosäuren und Proteine Experimentalvortrag von Anke S. Gliederung des Vortrags 1. Aminosäuren 1.1 Struktur und Vorkommen 1.2 Löslichkeit 1.3 Reaktionen 2. Von der Aminosäure zum Protein 3. Proteine 3.1 Struktur 3.2 Eigenschaften 3.3 Reaktionen 4. Lehrplan 1. Aminosäuren Definition Aminosäuren -Carbonsäuren, die eine Aminogruppe enthalten => bifunktionell O H2N R OH H 1. Aminosäuren Häufigkeit und Vorkommen von Aminosäuren Baustein für • Peptide • Proteine • Phospholipide Neurotransmitter • Glutamat • Asparat • Glycin Vorstufe für • Biogene Amine • Glucose • Nukleotide • Häm, Keratin Transportmolekül • NH2-Gruppen 1. Aminosäuren Die 20 proteinogenen Aminosäuren Hydrophobe Aminosäuren O H2N OH Saure Aminosäuren O Glycin (Gly,G) H2N OH O H2 N OH O Polare Aminosäure O OH Glutaminsäure (Glu,E) H2N Leucin (Leu,L) Aromatische Aminosäure O H2N OH Basische Aminosäure Serin (Ser,S) O O H2N OH OH H2N OH OH SH Cystein (Cys,C) Phenylalanin (Phe,F) NH2 Lysin (Lys,K) 1. Aminosäuren Die proteinogenen Aminosäuren - Unterteilung in Gruppen - Benennung: Drei-Buchstaben-Code oder Ein-Buchstaben-Code - 8 essentielle Aminosäuren müssen mit der Nahrung aufgenommen werden Merksatz: Phenomenale Isolde trüpt metunter Leutnant Valentins lysterne Thräume. (+ Arginin bei Kindern) 1. Aminosäuren Nicht-proteinogene Aminosäuren - Aminosäuren, die nicht in Proteine eingebaut werden - Bsp.: 3,4-Dihydroxyphenylalanin OH NH3 OH NH3 O O O OH O Tyrosin 3,4-Dihydroxyphenylalanin g-Aminobutyrat NH3 O O O Glutamat O - CO2 O H3N O g-Aminobutyrat 1. Aminosäuren Optische Aktivität von Aminosäuren - bei C2: Chiralitäts- bzw. Asymmetriezentrum - Ausnahme: Glycin - optisch aktiv: Drehen von linear polarisiertem Licht Betrag des Drehwerts steht in keinem Zusammenhang zur L- und D-Nomenklatur! 1. Aminosäuren D- und L-Aminosäuren - Unterscheidung in D- und L-Formen - Aminosäuren in Proteinen: L-Stereoisomere → D-Aminosäure-Oxidase in Leber Hermann Emil Fischer - Ausnahme: D-Aminosäuren Bakterien → in Bakterienzellwand → Peptid-Antibiotika 1. Aminosäuren Aminosäuren: Zwitterionen - Aminosäuren als amphotere Substanzen - Ammonium-Ion: pKa = 10 - 11 - COOH-Gruppe: pKa = 2 - 5 - Aminosäuren: zwitterionische Ammoniumcarboxylate O H O H2N H R O O H3N H R 1. Aminosäuren Zwitterionen bei unterschiedlichen pH-Werten - Beispiel: Glycin COOH H3N R H Monokation: überwiegt bei pH< 1 COO + OH +H H3N R H COO + OH +H Zwitterion: überwiegt bei pH = 6 H2N R H Monoanion: überwiegt bei pH > 13 1. Aminosäuren Isoelektrischer Punkt (IEP) - IEP: c(Anion) = c(Kation) → alle Ladungen neutralisiert - Berechnung: Mittelwert der beiden pKa-Werte pK1 + pK2 ___________ pI = 2 - Ausnahme: bei Aminosäuren mit basischer oder saurer Seitenkette Versuch 2: Löslichkeit von Tyrosin 1. Aminosäuren HO O O 2,2 O O pKa = 9,1 pKa = 2,2 H3N OH / H2O O H3N OH / H2O 9,1 H O O pKa = 10,1 H2N OH / H2O H H2N H 10,1 OH Monokation OH ladungsneutralisiertes Zwitterion 2,2 + 9,1 ____________ = 5,65 pI = 2 OH O Monoanion Dianion 1. Aminosäuren O O COOH + O- + H2N HO OH O NH R R H H O O Halbaminol O O HO OH O NH R H - H2O - CO2 O H H N R O Keto-Enol-Tautomerie O H R N OH 2. Von der Aminosäure zum Protein Peptidbindung - verknüpfen Aminosäuren untereinander zu Peptiden - Peptidbindung entsteht durch Kondensationsreaktion R R H2N COOH + H2N COOH H H - H2O R O H2N OH R N H O 2. Von der Aminosäure zum Protein Besonderheiten der Peptidbindung - bei Raumtemperatur ziemlich starr - NH-Wasserstoffatom trans zu Carbonylsauerstoff Länge C-N C=N 147 pm Peptidbindung 132 pm O H N R R N H O H N O R R N H O 3. Proteine Bedeutung und Vorkommen von Proteine Bedeutung: - griech. Wort proteuo (ich nehme den ersten Platz ein) Vorkommen: - Muskeln: 19 % (Actin, Myoglobin, Myosin) - Blut: 21 % (Hämoglobin) - Knochen: 30 % (Keratine) - Haare: 90 – 100 % (Keratine) - Eiklar: 12 – 13 % (Ovalbumin, Conalbumin) - Kuhmilch: 3% (Albumine, Casein) 3. Proteine Bedeutung der Proteine für den Organismus - Strukturbildung und –erhaltung - Transport - Steuerung und Abwehr - Katalyse - Bewegung - Speicherung 3. Proteine Primärstruktur - Abfolge der einzelnen Aminosäuren innerhalb der Polypeptidkette - Darstellung der Aminosäurensequenz, aber nicht des räumlichen Aufbaus OH O O H2N H N H H N O CH3 N H O OH O SH Tetrapeptid Gly-Glu-Cys-Ala 3. Proteine Sekundärstruktur - räumliche Anordnung der Aminosäuren eines Proteins - Unterscheidung in: - a-Helix-Struktur - b-Faltblatt-Struktur - Ursache: - Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Peptidbindungen des Polypeptids - Unterscheidung zwischen inter- und intramolekularen Wasserstoffbrückenbindungen 3. Proteine a - Helix - durch intramolekulare Wasserstoffbrückenbindungen - meist rechtsgängig - 3,6 Aminosäuren pro Windung - fast lineare Wasserstoffbrücken -4 Positionen voneinander entfernt - Bsp.: Keratin 3. Proteine b - Faltblatt - durch intermolekulare Wasserstoffbrückenbindungen - parallele Struktur - antiparallele Struktur - a-C-Atome an höchsten und tiefsten Punkten der Struktur - Seitenketten ragen abwechselnd nach oben oder unten 3. Proteine Tertiärstruktur - spezifischen räumliche Anordnung der helicalen bzw. zickzackgefalteten Peptidketten - Ursache: Bindungen/ Wechselwirkungen zwischen den Seitenketten 3. Proteine Quartärstruktur - mehrere tertiär strukturierte Polypeptidketten lagern sich zusammen - Bsp. Hämoglobin 3. Proteine O H2 C S S H2 C + OH HS HN CO 2 CH3 N-Acetylcystein H2 C SH H2 HS C O O + H3C Peptidstrang HO CO NH S S OH NH CO CH3 3. Proteine Versuch 4: Xanthoprotein 3 HNO3 R R R + H NO2+ + 2 NO3- + H3O+ - H+ NO2+ O2N H NO2 3. Proteine Versuch 5: Biuret-Reaktion R O R 2 N H R N O O H N O + [Cu(H2O)6]2+ + 2 OH R HN H2O Cu O R NH R + 8 H2O O O H2O O N R 3. Proteine Demo 2: Blutfleck 3. Proteine Isolierung und Reinigung von Proteinen - Dialyse - Gelfiltration 3. Proteine SDS-Gelelektrophorese - Prinzip: Auftrennung nach Masse - Durchführung: 1. Denaturierung der Proteine und negativ laden 2. Elektrophorese 3. Anfärben der Proteine 4. Auswertung anhand von Massentabellen 3. Proteine Demo 3: Proteinfingerabdruck 3. Proteine Proteinfingerabdruck diverser Fleischsorten 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Pute Huhn Lamm Marker Rind Schwein Dammhirsch Salami Salami 1 2 3 4 5 6 7 8 9 3. Proteine Versuch 6: Tyndall-Effekt 4. Schulrelevanz Schulrelevanz - GK 11 G.2 / LK 11 G.2 - Kohlenstoffchemie II: Technisch und biologisch wichtige Kohlenstoffverbindungen • Aminosäuren, Peptide, Polypeptide - Struktur und Eigenschaften - Peptidbindung - Strukturen von Eiweißen - Vorkommen und Bedeutung - Nachweisreaktionen ENDE
