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Aminosäuren und Proteine Experimentalvortrag von Anke Schleipen

Aminosäuren und Proteine Experimentalvortrag von Anke Schleipen

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Page 1: Aminosäuren und Proteine Experimentalvortrag von Anke Schleipen

Aminosäuren und Proteine

Experimentalvortrag von Anke Schleipen

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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

Page 3: Aminosäuren und Proteine Experimentalvortrag von Anke Schleipen

Definition Aminosäuren

-Carbonsäuren, die eine Aminogruppe enthalten

=> bifunktionell

OHH2N

O

R H

1. Aminosäuren

Page 4: Aminosäuren und Proteine Experimentalvortrag von Anke Schleipen

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

Page 5: Aminosäuren und Proteine Experimentalvortrag von Anke Schleipen

Versuch 1:Nachweis der Aminogruppe

mit derVan-Slyke-Reaktion

1. Aminosäuren

Page 6: Aminosäuren und Proteine Experimentalvortrag von Anke Schleipen

Gesamtreaktion:

Bildung des Elektrophils:

1. Aminosäuren

H2NOH

O

+ HNO2 HOOH

O

+ N2 + H2O

NO2 HNO2O N

OH2

N O N OH H

- H2O

Page 7: Aminosäuren und Proteine Experimentalvortrag von Anke Schleipen

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

Page 8: Aminosäuren und Proteine Experimentalvortrag von Anke Schleipen

Die 20 proteinogenen Aminosäuren1. Aminosäuren

Page 9: Aminosäuren und Proteine Experimentalvortrag von Anke Schleipen

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

Page 10: Aminosäuren und Proteine Experimentalvortrag von Anke Schleipen

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

Page 11: Aminosäuren und Proteine Experimentalvortrag von Anke Schleipen

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

Page 12: Aminosäuren und Proteine Experimentalvortrag von Anke Schleipen

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

Page 13: Aminosäuren und Proteine Experimentalvortrag von Anke Schleipen

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

Page 14: Aminosäuren und Proteine Experimentalvortrag von Anke Schleipen

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

Page 15: Aminosäuren und Proteine Experimentalvortrag von Anke Schleipen

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

Page 16: Aminosäuren und Proteine Experimentalvortrag von Anke Schleipen

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

Page 17: Aminosäuren und Proteine Experimentalvortrag von Anke Schleipen

Versuch 2:Löslichkeit von Tyrosin

Page 18: Aminosäuren und Proteine Experimentalvortrag von Anke Schleipen

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

Page 19: Aminosäuren und Proteine Experimentalvortrag von Anke Schleipen

Versuch 3:Nachweis von Aminosäuren in

Aufbaupräparaten

1. Aminosäuren

Page 20: Aminosäuren und Proteine Experimentalvortrag von Anke Schleipen

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

Page 21: Aminosäuren und Proteine Experimentalvortrag von Anke Schleipen

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

Page 22: Aminosäuren und Proteine Experimentalvortrag von Anke Schleipen

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

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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

Page 25: Aminosäuren und Proteine Experimentalvortrag von Anke Schleipen

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

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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

Page 27: Aminosäuren und Proteine Experimentalvortrag von Anke Schleipen

Bedeutung der Proteine für den Organismus

- Strukturbildung und –erhaltung

- Transport

- Steuerung und Abwehr

- Katalyse

- Bewegung

- Speicherung

3. Proteine

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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

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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

Page 30: Aminosäuren und Proteine Experimentalvortrag von Anke Schleipen

- Helix

- durch intramolekulare Wasserstoffbrückenbindungen

- meist rechtsgängig

- 3,6 Aminosäuren pro Windung

- fast lineare Wasserstoffbrücken

→ 4 Positionen voneinander entfernt

- Bsp.: Keratin

3. Proteine

Page 31: Aminosäuren und Proteine Experimentalvortrag von Anke Schleipen

- 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

Page 32: Aminosäuren und Proteine Experimentalvortrag von Anke Schleipen

Tertiärstruktur- spezifischen räumliche Anordnung der helicalen bzw.

zickzackgefalteten Peptidketten

- Ursache: Bindungen/ Wechselwirkungen zwischen den

Seitenketten

3. Proteine

Page 33: Aminosäuren und Proteine Experimentalvortrag von Anke Schleipen

Quartärstruktur

- mehrere tertiär strukturierte Polypeptidketten lagern sich

zusammen

- Bsp. Hämoglobin

3. Proteine

Page 34: Aminosäuren und Proteine Experimentalvortrag von Anke Schleipen

Demo 1: Schleimlösende Wirkung von ACC

Page 35: Aminosäuren und Proteine Experimentalvortrag von Anke Schleipen

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

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Versuch 4:Xanthoprotein

3 HNO3 NO2+ + 2 NO3

- + H3O+

3. Proteine

R

+ NO2+

H

R

HO2N

R

NO2

- H+

Page 37: Aminosäuren und Proteine Experimentalvortrag von Anke Schleipen

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

Page 38: Aminosäuren und Proteine Experimentalvortrag von Anke Schleipen

Demo 2:Blutfleck

3. Proteine

Page 39: Aminosäuren und Proteine Experimentalvortrag von Anke Schleipen

Isolierung und Reinigung von Proteinen

- Dialyse - Gelfiltration

3. Proteine

Page 40: Aminosäuren und Proteine Experimentalvortrag von Anke Schleipen

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

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Demo 3:Proteinfingerabdruck

3. Proteine

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Proteinfingerabdruck diverser Fleischsorten

1 2 3 4 5 6 7 8 9

3. Proteine

1. Pute2. Huhn3. Lamm4. Marker5. Rind6. Schwein7. Dammhirsch8. Salami9. Salami

Page 43: Aminosäuren und Proteine Experimentalvortrag von Anke Schleipen

Versuch 6:Tyndall-Effekt

3. Proteine

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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

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ENDE