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Was ist Biochemie ?
Untersuchung des „Lebens“ aufmolekularer Ebene
Leben, wie wir es kennen, ist an einwässriges Milieu gebunden
4. Aminosäuren1. Aminosäuren von Proteinen
A) Generelle EigenschaftenB) PeptidbindungC) Klassifizierung und EigenschaftenD) Säure-Base EigenschaftenE) Nomenklatur
2. Optische AktivitätA) Operationelle KlassifikationB) Die Fischer ProjektionC) Das Cahn-Ingold-Prelog SystemD) Chiralität in der Biochemie
3. “Nonstandard” AminosäurenA) Aminosäuren-Derivative in ProteinenB) Spezialisierte Rolle von Aminosäuren
Die „frühe“ Biochemie hat sichhauptsächlich auf die Untersuchungvon Proteinen konzentriert.
– Uniforme physikochemischeEigenschaften, können mit chemischenMethoden untersucht werden:
– # Lipiden, Polysacchariden,Nukleinsäuren
Klassen von ASo Nach Polarität der Seitenkette
- Hydrophobe AS im Inneren von Proteinen- Hydrophile und geladene AS auf der Oberfläche
o Nonpolar/hydrophob AS (9)o Ungeladen/hydrophil AS (6)o Geladene AS (5)
Nonpolar AS (9)
o Klein aliphatischer R: Glycin, Alanin,Valin, Leucin, Isoleucin
o Thiol Ether: Methionino Zyklisch Sekundäre AS: Prolino Gross: Phenylalanin (Phenyl Gruppe),
Tryptophan (Indol Gruppe)
Ungeladen/Polare AS (6)
o Hydroxyl Gruppe: Serin, Threonin,o Amid: Asparagin, Glutamino Phenolisch: Tyrosino Thiol: Cystein
o Basisch: Arginin, Lysin, Histidin (pK ~6.0 !)o Sauer: Asparagin Säure, Glutamin Säure
Geladene AS (5)
Jede der 20 AS hat spezielle undcharakteristische physikochemischeEigenschaften, deren Kombinationdie grosse funktionelle Vielfalt anProteinen ermöglicht.
o Polymerisierung von AS– Dipeptiden (202), Tripeptiden (203)– Oligopeptiden (3-10)– Polypeptide (linear)
o Protein: eine oder mehrere Polypetide– 40-4000AS, Mw ~4-440 kD (AS ~110D)
o Proteine mit vielen verschiedenenFunktionen basieren auf Variationen derReihenfolge (Sequenz) der 20 StandardAS
Säure-Base Eigenschaften von AS
o Amphoterische Substanzen, Ampholyteo pK1 Carboxyl Gruppe ~2.2 -> Carboxylat Form pH >3.5o pK2 Amino Gruppe ~9.4 -> Ammonium Form pH <8.0o pKR (Tabelle)o Zwitterionisch, Dipolare Ioneno Wasserlöslicho Salz, Tm ~300°C
Säure-Base Eigenschaften von AS (2)
o zB. GlycinHenderson-Hasselbach Gleichung:pH = pK + log ([A-]/[HA])
o Isoelektrischer Punkt:pI = 1/2 (pKi + pKj)- Amino Gruppe acidifiziert Carboxylgruppe- Carboxylat Gruppe basifiziert die AminoGruppe
o AS sind nie ungeladen in Wasser
Proteine haben komplexeTitrationskurven
o zB. Titrationskurvevon Ribonuklease A inAbhängigkeit vonunterschiedlichenSalzkonzentrationen
o Ca. 30% der ASSeitenketten einesProteins sindionisierbar
Nomenklatur
o Dreibuchstaben Codeo Einbuchstaben Codeo Glx = Gln oder Gluo Asx = Asn oder Aspo In Polypeptiden AS(-in)yl, N->C
– Alanyltyrosylaspartylglycin– Ala-Tyr-Asp-Gly– AYDG
o Griechische Buchstabenfür Carbon Positionen in AS
o Optisch aktive Substanzen haben einasymmetrisches Zentrum (Chirales Zentrum)und lassen sich mit ihrem Spiegelbild(Enantiomer) nicht zur Deckung bringen
o zB. Enantiomere von Fluorochlorobromomethane
Klassifikation optisch aktiverSubstanzen
o mittels Polarimeter bestimmt- Dextrorotatory, rechtsdrehend- Levorotatory, linksdrehend
o Quantitativ: spezifische Rotation
- Aber keine absolute Konfiguration ableitbar !!!
Die Fischer Konvention
Emil Fischer (1891),Versuch einer relativenKonfigurationsangabe inBezug auf Glycerinaldehyd
Def: Horizontale Linien über,vertikale Linien hinter derProjektionsebene
Die “CORN” EselsbrückeTo draw absolute configuration of amino acidsLook down Cα from HWrite CO-R-N in clockwise orientation
Moleküle mit mehr als einemchiralen Zentrum
o Optische Isomere (Stereo Isomere)unterscheiden sich in derKonfiguration von zumindest einemchiralen Zentrum
o Molekül mit n chiralen Zentren 2n
Stereoisomereo Diastereomere = allo Formen
(unterschiedliche physikochem.Eigenschaften # Enantiomere)
<- Enatiomere ->
<- D
iast
ereo
mer
e ->
Die Cahn-Ingold-PrelogNomenklatur
o Absolute Nomenklatur für chirale Zentren: R (rectus) S (sinistrus)
o Gewichtungsregeln: 1. Atomzahl, 2. Substituent,W > X > Y > Z (SH>OH>NH2>COOH>CHO>CH2OH>…)
Alle L-AS sind (S)ausser Cyso Look down H from Cα
Prochirale Zentreno Zwei chemisch identische Substituenten an einem
tetrahedralen Zentrum sind unterschiedlicho Bsp. Ethanol, H sind prochiralo Können über rotation nicht ineinander überführt
werden
re- und si-Ebeneo Die beiden Seiten von planaren Zentren
lassen sich ebenfalls unterscheideno Wichtig bei enzymatischen Reaktionen,
welche in der Regel enantioselektiv sind #chemische Reaktionen (racemisch)
4.3. “Nicht-Standard” Aminosäuren
o Post-translationelle Modifikation von AS, zB. Hydroxyprolin
o D-AS in Peptid Antibiotika von Prokaryonten, zB. Valinomycin, Gramicidin
o Spezialisierte Rolle gewisser AS,• zB. als Neurotransmitter, GABA, Histamin• Metabolische Intermediate, zB. SAM• Toxine, zB. Azaserin