Übungsblatt 2 3)

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Übungsblatt 2
1) In natürlichen Membranen finden sich u.a. zahlreiche unterschiedliche Phospholipide.
a) Geben Sie exemplarisch die Strukturformel für ein doppelt ungesättigtes Phosphatidylethanolamin-Molekül an! Welchen Ladungszustand erwarten Sie für dieses Lipid in der
Zelle?
(3 P)
b) Von welchen Parametern hängt die Hauptphasenübergangstemperatur eines Phospholipids ab? Erwarten Sie für das von Ihnen gezeichnete Lipid eine höhere oder niedrigere
Hauptphasenübergangstemperatur als für DPPE (1,2-Dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphatidylethanolamin)? Begründen Sie.
(3 P)
2) Um die Funktionsweise eines isolierten Proteins zu untersuchen, möchten Sie es in ein
einfaches Modellmembransystem rekonstituieren, das die Eigenschaften einer natürlichen
Membran möglichst gut simuliert.
a) Folgende Chemikalien finden sich noch im Laborkühlschrank:
•
•
•
•
Distearoylphosphatidylcholin
Cholesterol
Palmitoyloleoylphosphatidylserin:
Dioctanoylphosphatidylcholin
•
•
•
•
Hexadecyltrimethylammoniumbromid
Dioleoylphosphatidylcholin
Tripalmitin
Natriumdodecylsulfat (SDS)
Diskutieren Sie die Verwendbarkeit der einzelnen Substanzen.
Welche Substanz(en) verwenden Sie? Begründen Sie Ihre Entscheidung!
(5 P)
b) Sie haben inzwischen Ihr Protein erfolgreich rekonstituiert. Beschreiben Sie kurz, wie
Sie seine laterale Diffusion im Membransystem nachweisen und die Diffusionskonstante
bestimmen können!
(3 P)
3)
a) Der Ladungszustand von Aminosäuren ist stark abhängig vom pH-Wert. Leiten Sie aus
dem Massenwirkungsgesetz eine Gleichung ab, mit der Sie bei bekannten pKS-Werten für
beliebige pH-Werte die Anteile der unterschiedlich ionisierten Spezies einer Aminosäure
berechnen können.
(3 P)
b) Berechnen Sie den isoelektrischen Punkt für Histidin, Glutaminsäure und Lysin.
Berechnen Sie die prozentuale Ladung jeder ionisierbaren Gruppe von Glutamat bei dem
pH-Wert, der mit dem pI identisch ist. Bestätigen die Ergebnisse den isoelektrischen Punkt
der Glutaminsäure?
(5 P)
4) Zeichnen Sie – unter Beachtung der im Organismen bei Aminosäuren vorherrschenden
Stereochemie − das Peptid Gln−Tyr−His−Cys wie es bei pH 4,0 vorliegt.
Berechnen Sie den ungefähren pI des Peptids und bestimmen Sie (nachvollziehbar!) seine
durchschnittliche Nettoladung bei einem pH-Wert von 6,6 bzw. 10,0.
(7 P)
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5) Ein hypothetisches Protein aus 60 Aminosäuren weist pro Aminosäure 3 Bindungen auf,
um die herum Drehbarkeit gegeben ist. Nehmen Sie an, dass durch Rotation um jede dieser
Bindungen drei verschiedene Positionen eingenommen werden können.
a) Wie viele Random Coil Konformationen kann dieses Protein mit den oben beschriebenen
konformativen Freiheiten theoretisch einnehmen? Die tatsächlich mögliche Zahl wird deutlich
kleiner sein. Warum?
(2 P)
b) Eine Rotation um eine Bindung erfolgt sehr rasch; durchschnittlich sind etwa 10–13 s
erforderlich. Angenommen, aus der Anzahl aller möglichen random coil Konformationen sind
nur 0,01 % tatsächlich möglich.: Wie lange würde das Protein benötigen, um alle diese
erreichbaren Konformation „auszuprobieren“?
(1 P)
c) Berechnen Sie die Konformationsentropie für die Faltung dieses Proteins.
Name
Alanin
Arginin
Asparagin
Asparaginsäure
Cystein
Glutamin
Glutaminsäure
Glycin
Histidin
Isoleucin
Leucin
Lysin
Methionin
Phenylalanin
Prolin
Serin
Threonin
Tryptophan
Tyrosin
Valin
1-Buchstaben-Code
A
R
N
D
C
Q
E
G
H
I
L
K
M
F
P
S
T
W
Y
V
pKS der
α-Carboxylgruppe
2,3
2,2
2,0
2,1
1,8
2,2
2,2
2,3
1,8
2,4
2,4
2,2
2,3
1,8
2,0
2,2
2,6
2,4
2,2
2,3
pKS der
α-Aminogruppe
9,7
9,0
8,8
9,8
10,8
9,1
9,7
9,6
9,2
9,7
9,6
9,0
9,2
9,1
10,6
9,2
10,4
9,4
9,1
9,6
pKS der
Seitenkette
12,5
3,9
8,3
4,2
6,0
10,0
10,1
(2 P)
M (Aminosäure) –
M (H2O)
71,08
156,20
114,11
115,09
103,14
128,14
129,12
57,06
137,15
113,17
113,17
128,18
131,21
147,18
97,12
87,08
101,11
186,21
163,18
99,14