Biochemie 3+4 (Proteine und Nucleinsäuren)

- bei natürlichen Proteinien nur alpha-AS

calpha Atom hat 4 Substituenten, der Rest ist unterschiedlich

alpha-C-Atom besitzt kein asymetrisches C-Atom (kein Rest vorhanden)

chemisch-physikalisch:

Aufteilung nach Resten

-> Überlappung von Gruppen

Säure-Base Verhalten:

Aufteilung nach verhalten der Seitenkette

AS kann in wässriger Lösung als Säure & Base agieren

-COOH wird zu COO- + H

-NH2 + H wird zu NH3+

nach außen ungeladen am ISP

positiv geladen: beide Gruppen protoniert

negativ geladen: beide Gruppen deprotoniert

Molekül kann durch mehrere Formeln dargestellt werden

Säurekonstante Ks ist ein Maß für die Stärke der Säure

->je größer Ks desto geringer ist der pH-Wert

7 AS besitzen leicht ionisierbare Seitenketten

-> besitzt die Seitenkette iene funktionelle Gruppe wird das Gleichgewicht beeinflusst

bei ph 7 eine schwache Base

-> Gleichgewicht bein 7

andere AS haben weit danebenliegende Gleichgewichte 

Polare, unpolare und amphipathische Biomoleküle (bei einem pH-Wert von 7 -> siehe Bild)

polar= hydrophil

unpolar= hydrophob

Verbinden der AS durch Baukastenprinzip

Peptid: bis 30 Monomere

Polypeptid: mehrere tausend Monomere

-> Zwitterionencharakter der AS geht verloren (Seitenketten sind ausschlaggebend)

Polypeptidrückgrat kann H-Brücken ausbilden 

-> Struktur der AS-Kette

kovalente organische Verbindungen

1 AS behält Amino Gruppe -> Amino terminal

1AS behält Carboxy Gruppe -> Carboxy terminal

Der Carbonyl-Sauerstoff hat eine negative der Amid-Stickstoff eine positive Partialladung, was zu einer Ausbildung eines schwachen Dipols führt. Alle Peptdbindungen kommen in der Transkonfiguraton vor.

- hydroresistent (nicht spaltbar durch H)

- Planar (Doppelbindungscharakter zw. C-N)

- H-Brücken zu Gruppen des Rückgrats

- nach außen ungeladen

Cystein-Moleküle können untereinander Disulfidbrücken bilden. Das entstandene Dimer wird als Cys1n bezeichnet und ist maßgeblich an der Raumstruktur der Proteine beteiligt.

Unpolare, aliphatische Seitenketten (43,5):

Glycin: 7,2; Alanin: 7,8: Prolin: 5,2; Valin: 6,6; Leucin: 9,1; Isoleucin: 5,3; Methionin: 2,3 Aromatische Seitenketten (8,5): Phenylalanin: 3,9; Tyrosin: 3,2; Tryptophan: 1,4

Polare ungeladene Seitenketten (23,1):

Serin: 6,8; Threonin: 5,9; Cystein: 1,9; Asparagin: 4,3; Glutamin: 4,2

Positiv geladene Seitenketten (13,3):

Lysin: 5,9; Histidin: 2,3; Arginin: 5,1

Negativ geladene Seitenketten (11,6):

Asparaginsäure: 5,3; Glutaminsäure 6,3

AS-Kette mit H-Brücken

(1) Wasserstoffbrückenbindungen

(2) elektrostatische Anziehungen 

(3) Van der Waals-Wechselwirkungen

(4) Eine vierte schwache Kraft (hydrophobe Wechselwirkungen) spielt ebenfalls eine zentrale Rolle bei der Festlegung der Gestalt eines Proteins.

Anordnung der AS-Kette im Raum

alpha-Helix: CO mit NH verbunden ->Helixbildung

beta-Faltblatt: 1 As mit je 2 AS des benachbarten Stranges verbunden, parallel wenn Polypeptide in gleihce Richtung laufen

Sekundärstruktur faltet sich durch hydrophobe Wechselwirkungen

-> polare Oberfläche, hydrophober Innenraum

Räumliche Anordnung mehrerer Polypeptidketten

-> bildet Protein

geschützter Innenraum

-> hilft Proteinen beim Falten

sind Proteine, die Kanäle in der Zellmembran bilden, um den Durchtritt von Wasser und einigen weiteren Molekülen zu erleichtern (Membrantransport). Sie werden daher auch Wasserkanäle genannt.

sind porenformende Transmembranproteine in der äußeren Membran von gramnegativen Bakterien, Chloroplasten und Mitochondrien. Sie dienen dem Stoff-(Ionen-) Austausch durch die Membran hindurch

Viele Sequenzen können in verschiedenen Peptiden unterschiedliche Konformation einnehmen.

falsch gefaltete Proteine

Denataurierung der Ribonuclease durch Harnstoff

beta-Mercaptoethanol -> keine Enzymaktivität

Redenataurierung durch Dialyse der Stoffe

-> Beweis das AS-Abfolge die Struktur bestimmt

bestehen aus Nucleotiden (Base, Zucker und Phosphatrest)

Adenin, Guanin

Cytosin, Uracil, Thymin

5-C-Atome -> Pentosen

Esterbindung zwischen Phosphat und Zucker

n-beta- glykosidische Bindung zwischen Zucker und Base

Das Rückgrad des Polymers ist eine einfache Wiederholung von Zuckerresten (Ribose) und Phosphorsäureresten. Die Verbindung zweier aufeinanderfolgenden Nucleoside nennt man Phosphodiesterbrücke. Die verschiedenen Basen sind mit dem Zucker verbunden.

- Jede Phosphodiesterbrücke ist negativ geladen. Diese negative Ladung stößt nucleophile Spezies (wie etwa Hydroxidionen) ab und verhindert dadurch den Abbau von DNA durch hydrolytische Attacke auf das Phosphat-Rückgrat.

- Die Abwesenheit einer Hydroxygruppe an der 2´ Position der Ribose (Desoxyribose) fördert zusätzlich den Schutz gegen Hydrolyse, weshalb DNA als Speichermedium besser geeignet ist als RNA

Doppelsträngige Helix mit großer und kleiner Furche

2 H-Brücken zw. Adenin und Thymin

3 H-Brücken zw. Guanin und Cytosin

jeweils ein Ourin mit einem Pyrimidine

-> Van-der-Waals Kröfte zwischen den Basenpaaren (AT-GC) 

=> Raum zwischen Basenpaarung wird verringert

-> Helixbildung

DNA:

Desoxyribose

Doppelstrang

Thymin

stabiler speicher

RNA: 

Ribose

Einzelstrang

Uracil

- Uracil fehlt eine Methylgruppe

- Cytosin wird desaminiert und in Uracil umgewandelt

- desaminiertes Cytosin wird ausgetauscht in DNA, RNA kann desaminiertes Cytosin nicht erkennen

Kondensation: energetisch ungünstig

Hydrolyse: energetisch günstig

-> Synthese von Polymeren benötigt Energiezufuhr

ALLE Monomere müssen vorher unter Energieaufwand zu energiereichen Intermediaten „aktiviert“ werden. Dies erfolgt im Grunde immer durch eine Reaktion mit ATP, dessen Hydrolyse ein hohes negatives ΔG aufweist. ATP + H2O -> ADP + Pi  ΔG=-30,5 kJ/Mol. Das Phosphat wird im Zuge der Aktivierungsreaktionen NICHT frei, sondern auf ein Molekül übertragen, das damit zum energiereichen Intermediat wird.

Adenintriphosphat

Phosphat wird hydrolisiert und bildet ADP + Pi bzw AMP + 2Pi

ADP: Adenindiphosphat

AMP: Adeninmonophosphat

=> ATP + H2O -> ADP + Pi

Ersten Schritt (linke Seite):

2 ATP + dNMP -> dNTP + 2 ADP ein Nucleosidmonophosphat wird durch zwei aufeinanderfolgende Übertragungen der endständigen g-Phosphatgruppe von ATP aktiviert.

Zweiter Schritt (rechte Seite):

polydNnMP + dNTP -> polydNn+1MP + PPi das dadurch entstandene energiereiche Zwischenprodukt – ein Nucleosidtriphosphat – bleibt frei in der Lösung, bis es mit dem wachsenden Ende einer RNA- oder DNA-Kette reagiert, wobei Pyrophosphat frei wird.