Aminosäuren und Proteine Experimentalvortrag von Anke Schleipen

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