aminosäuren und proteine experimentalvortrag von anke schleipen
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Aminosäuren und Proteine
Experimentalvortrag von Anke Schleipen
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
Definition Aminosäuren
-Carbonsäuren, die eine Aminogruppe enthalten
=> bifunktionell
OHH2N
O
R H
1. Aminosäuren
Häufigkeit und Vorkommen von AminosäurenVorstufe für• Biogene Amine• Glucose• Nukleotide• Häm, Keratin
Baustein für• Peptide• Proteine • Phospholipide
Neurotransmitter• Glutamat• Asparat• Glycin
Transportmolekül
• NH2-Gruppen
1. Aminosäuren
Versuch 1:Nachweis der Aminogruppe
mit derVan-Slyke-Reaktion
1. Aminosäuren
Gesamtreaktion:
Bildung des Elektrophils:
1. Aminosäuren
H2NOH
O
+ HNO2 HOOH
O
+ N2 + H2O
NO2 HNO2O N
OH2
N O N OH H
- H2O
Diazotierung:
Freisetzung von Stickstoff:
1. Aminosäuren
R NH2 N O+ R NH2
N O
R N
N OH2
~2 H
H2O
- H2O
R N N R N N
R N N + H2O R OH + N2 + H
Die 20 proteinogenen Aminosäuren1. Aminosäuren
H2NOH
O
Glycin (Gly,G)
H2NOH
O
Leucin (Leu,L)
H2NOH
O
Phenylalanin (Phe,F)
H2NOH
O
OHO
Glutaminsäure (Glu,E) H2NOH
O
OHSerin (Ser,S)
H2NOH
O
SH
Cystein (Cys,C)
H2NOH
O
NH2
Lysin (Lys,K)
Hydrophobe Aminosäuren
Saure Aminosäuren
Aromatische Aminosäure Basische Aminosäure
PolareAminosäure
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
-Aminobutyrat
1. Aminosäuren
H3NO
ONH3
O
O
O
O
- CO2
Glutamat -Aminobutyrat
OH
OHO
O
NH3OH
O
O
NH3
Tyrosin 3,4-Dihydroxyphenylalanin
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
- Ausnahme: D-Aminosäuren Bakterien
→ in Bakterienzellwand
→ Peptid-Antibiotika
Hermann Emil Fischer
1. Aminosäuren
Aminosäuren: Zwitterionen
- Aminosäuren als amphotere Substanzen
- Ammonium-Ion: pKa = 10 - 11
- COOH-Gruppe: pKa = 2 - 5
- Aminosäuren: zwitterionische Ammoniumcarboxylate
1. Aminosäuren
HH2N
R
O OH
HH3N
R
O O
Zwitterionen bei unterschiedlichen pH-Werten
- Beispiel: Glycin
1. Aminosäuren
H3N R
COOH
H
H3N
COO
H
R H2N
COO
H
R
Monokation:überwiegt beipH< 1
Zwitterion:überwiegt beipH = 6
Monoanion:überwiegt bei pH > 13
+ OH + OH
+ H + H
Isoelektrischer Punkt (IEP)
- IEP: c(Anion) = c(Kation)
→ alle Ladungen neutralisiert
- Berechnung: Mittelwert der beiden pKa-Werte
- Ausnahme: bei Aminosäuren mit basischer oder saurer
Seitenkette
pI = ___________pK1 + pK2
2
1. Aminosäuren
Versuch 2:Löslichkeit von Tyrosin
OH
H3N
HO O
OH / H2O
H
OH
H3N
O O
OH / H2O
H
OH
H2N
O O
OH / H2O
H
O
H2N
O O
Monokation ladungsneutralisiertesZwitterion Monoanion Dianion
2,2
9,1
10,1
pKa = 2,2 pKa = 9,1 pKa = 10,1
pI = ____________2,2 + 9,12
= 5,65
1. Aminosäuren
Versuch 3:Nachweis von Aminosäuren in
Aufbaupräparaten
1. Aminosäuren
O
O
O
O
O
OH
OH
+ H2O
- H2O
Indan-1,2,3-trion
1. Aminosäuren
O
O
O
+H3N
O
O
R
Ruhemanns Purpur
O
O
NO
O
1. Aminosäuren
O
O
O
+ H2N
COOH
H
R
O
O
OH
NH
H
R
OHO
Halbaminol
+ -
O
O
OH
NH
H
R
OHO - H2O- CO2
O
O
H
N
H
R
O
OH
N
HR
Keto-Enol-Tautomerie
O
OH
N
HR
O
OH
NH2 +R H
O
Aminoketon Aldehyd
1. Aminosäuren
O
OH
NH2
O
O
O
+
O
O
N+-
O
O
Ruhemanns Purpur
O
O
NO
OO
O
NO
O
Peptidbindung
- verknüpfen Aminosäuren untereinander zu Peptiden
- Peptidbindung entsteht durch Kondensationsreaktion
2. Von der Aminosäure zum Protein
H2N
R
H
COOH H2N
R
H
COOH+
- H2O
H2NO
NH
O
OH
R
R
Besonderheiten der Peptidbindung
- bei Raumtemperatur ziemlich starr
- NH-Wasserstoffatom trans zu Carbonylsauerstoff
2. Von der Aminosäure zum Protein
HN
O
NH
OR
RHN
NH
OR
RO
Länge
C-N 147 pmC=N
Peptidbindung 132 pm
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
3. Proteine
H2NNH
O
H
OOH
HN
O
NH
OH
O
OSH
CH3
Tetrapeptid Gly-Glu-Cys-Ala
Sekundärstruktur
- räumliche Anordnung der Aminosäuren eines Proteins
- Unterscheidung in: - -Helix-Struktur
- -Faltblatt-Struktur
- Ursache: - Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den
Peptidbindungen des Polypeptids
- Unterscheidung zwischen inter- und intramolekularen
Wasserstoffbrückenbindungen
3. Proteine
- Helix
- durch intramolekulare Wasserstoffbrückenbindungen
- meist rechtsgängig
- 3,6 Aminosäuren pro Windung
- fast lineare Wasserstoffbrücken
→ 4 Positionen voneinander entfernt
- Bsp.: Keratin
3. Proteine
- Faltblatt
- durch intermolekulare Wasserstoffbrückenbindungen
- parallele Struktur - antiparallele Struktur
→ -C-Atome an höchsten und tiefsten Punkten der Struktur
→Seitenketten ragen abwechselnd senkrecht 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
Demo 1: Schleimlösende Wirkung von ACC
Peptidstrang
3. Proteine
OH
N-Acetylcystein
OH
O
NH CO CH3
SHO
O
NHCOH3C
2S S
H2C
H2C
HSH2C
H2C
+
+S
SH
O
HS
HN CO CH3
Versuch 4:Xanthoprotein
3 HNO3 NO2+ + 2 NO3
- + H3O+
3. Proteine
R
+ NO2+
H
R
HO2N
R
NO2
- H+
Versuch 5:Biuret-Reaktion
HN
NH
O
R O
R O
2 + [Cu(H2O)6]2+ + 2 OH Cu
N
HN
OR
O
R
O
NH
N
RO
R
O
R
H2O
H2O
+ 8 H2O
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
3. Proteine
1. Pute2. Huhn3. Lamm4. Marker5. Rind6. Schwein7. Dammhirsch8. Salami9. Salami
Versuch 6:Tyndall-Effekt
3. Proteine
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
4. Schulrelevanz
ENDE