Biochemie
Einführung in die Biochemie
Einführung in die Biochemie
Untenstehendes Molekül ist ein Peptidhormon. Wieviele Peptidbindungen besitzt dieses Molekül (zeichnen Sie diese ein)? Von welchem Peptid leitet sich dieses Hormon ab? Welche Auswirkungen haben die Veränderungen gegenüber dem Tripeptid auf die Ladungen der terminalen Amino- bzw. Carboxylgruppe?
Aminosäurenreste: Pyroglutamat , Histidin, Prolylamid
2 Peptidbindungen,
Normalerweise bei Peptidketten ist das C-terminale Ende negativ und das N-terminale Ende positiv geladen. In diesem Peptidhormon: Die Carboxylseitengruppe des aminoterminalen Glu bildet ein Amid mit der α-Aminogruppe dieses Aminosäurerests, wodurch Pyroglutamat entsteht. die Carboxylgruppe des carboxyterminalen Pro wird in ein Amid umgewandelt (NH2).
Das aus den Extrakten des Hypothalamus gereinigte TRH erwies sich als Derivat des Tripeptids Glu-His-Pro. Es ist somit ein ist ein modifiziertes Tripeptid mit der Primärstruktur:
Glp-His-Pro-NH2.
Solche Modifikationen sind bei kleinen Peptidhormonen häufig. Meistens tragen die Ladungen an den amino- und carboxyterminalen Resten relativ wenig zur Gesamtladung bei. anders jedoch bei einem Tripeptid: hier dominieren diese beiden Ladungen die Eigenschafen des Moleküls. Die Bildung der Amidderivate maskiert diese Ladungen.
Die Seitenketten von Aminosäuren haben unterschiedliche Eigenschaften und bieten in einer Polypeptidkette verschiedene Möglichkeiten zur Modifikation. Beschreiben Sie die Seitenketten, ihre Eigenschaften und mögliche Modifikationen und deren Auswirkungen von Serin.
Serin(Ser,S): eine Hydroxylgruppe die an eine hydrophobe Seitenkette gebunden ist. Serin lässt sich als hydroxylierte Version von Alanin verstehen. Durch die Hydroxylgruppe ist es sehr hydrophil (wasserfreundlich) und reaktiv. Genauso wie alle Aminosäuren mit einer OHGruppe (Hydroxygruppe) kann Serin phosphoryliert werden und spielt somit bei der Aktivierung bzw. Inaktivierung von Enzymen eine wichtige Rolle. Außerdem befindet sie sich häufig im aktiven Zentrum von Enzymen und spielt daher für die Biokatalyse eine wichtige Rolle: Beispiele dafür sind die Serinproteinasen.
Die Seitenketten von Aminosäuren haben unterschiedliche Eigenschaften und bieten in einer Polypeptidkette verschiedene Möglichkeiten zur Modifikation. Beschreiben Sie die Seitenketten, ihre Eigenschaften und mögliche Modifikationen und deren Auswirkungen von Histidin.
Histidin (His, H): enthält einen Imidazolgruppe, einen aromatischen Ring, der ebenfalls positiv sein kann, gehört zu den Basischen AS. Mit einem pKs von fast 6 kann diese Gruppe in der Nähe eines neutralen pH-Wertes je nach der lokalen Umgebungen, in der sie sich befindet, sowohl ungeladen als auch geladen vorliegen. Kommt sehr häufig in aktiven Zentren von Proteinen vor, wo der Imidazolring im Verlauf enzymatischer Reaktionen ja nach Bedarf Protonen binden oder freisetzen kann. Der isoelektrische Punkt von Histidin befindet sich im Neutralbereich. Daher ist es die einzige proteinogene Aminosäure, die unter physiologischen Bedingungen sowohl Protonendonator als auchProtonenakzeptor sein kann.
Als Beispiel dafür findet sich seine Rolle in der „katalytischen Triade“ (Asp-His-Ser) von Serinproteasen. Von funktioneller Bedeutung sind auch das „distale“ und das „proximale“ Histidin (Teile des Eisen- Bindungsplatzes) im Blutfarbstoff Hämoglobin und dem Muskelfarbstoff Myoglobin. Ebenfalls wichtige Bedeutung hat es als Ligand von Metallionenkomplexen der Elektronentransportketten in den Mitochondrien (oxidative Phosphorylierung) und in den Chloroplasten (Photosynthese)
Die Seitenketten von Aminosäuren haben unterschiedliche Eigenschaften und bieten in einer Polypeptidkette verschiedene Möglichkeiten zur Modifikation. Beschreiben Sie die Seitenketten, ihre Eigenschaften und mögliche Modifikationen und deren Auswirkungen von Cystein.
Cystein (Cys, C): ähnelt dem Serin, enthält aber eine Sulfhydril (-SH) gruppe anstelle der Hydroxylgruppe. Diese ist noch reaktionsfreudiger, je 2 dieser Thiolgruppen gehen gerne Disulfidbindungen ein, welche eine besonders wichtige Rolle bei der Stabilisierung von Proteinen haben. Weiterhin ist zu erwähnen, dass eine größere Gruppe von Enzymen von Cysteinresten koordinierte Eisen-Schwefel-Cluster besitzt. Die relativ reaktive Thiolgruppe des Cysteins kann aber auch direkt am katalytischen Mechanismus beteiligt sein, wie bei der Glycerinaldehyd-3-phosphat-Dehydrogenase, wo Cystein das Substrat am aktiven Zentrum bindet.
Zeichnen Sie ein Ramachandran-diagramm und diskutieren Sie die Aussage dieses Diagramms.
Bindungen zwischen der Aminogruppe und dem α-Kohlenstoff sowie zwischen diesem und der Carboxylgruppe sind reine Einfachbindungen. Die denen benachbarten Peptidbindungen (starr) rotieren um diese. Diese Rotationen lassen sich durch Torsionswinkel beschreiben.
Zwischen Stickstoff und α-C => φ (phi)
Zwischen Carbonyl Kohlenstoff und α-C => ψ (psi)
Diese beiden Winkel legen den Verlauf der Polypepdidkette fest.
Das Ramachandram Diagramm zeigt die erlaubten/möglichen Kombinationen der beiden Winkel. Viele Kombis sins aufgrund sterischer Kollisionen nicht mööglich. Die dunkelsten Stellen sind die Energetisch günstigsten, die helleren sind Grenzbereiche. Die Starrheit der Peptidbindungen und der begrenzten Auswahl durch φ und ψ schränkt die Zahl der möglichen Strukturen hinreichend ein, um Proteinfaltungen zu ermöglichen.
Definieren Sie den Begriff „amphipathische Helix“ in Worten und skizzieren Sie ein Beispiel dazu.
Helixrad: verdeutlicht eine amphipatische Helix: Auf der einen Seite sind nur geladene, auf der anderen Seite nur hydrophobe AS. Dadurch entsteht ein idealer Grenzübergang. zB.: wenn die Helix auf einer Proteinoberfläche eines großen Proteins zu liegen kommt. Außen -> hydrophil, Innen-> hydrophob Charakteristische Bindungswinkel sind für alle Reste identisch.
Bestimmte As deuten mehr auf -Helices hin als andere: Alanin, Glutamin, Leucin, Methionin sind sehr gute Helixbildner ; Prolin, Glycin, Tyrosin, Serin sind eher schlechte Helixbildner
Skizzieren Sie einen ß-Strang in einer Länge von 8 Aminosäuren. Welche Aminosäuren kommen dort bevorzugt vor? Kann ein ß-Strang amphipathisch sein? Begründen Sie Ihre Antwort.
β-Faltblatt: parallel und antiparallel
β-Stränge bilden meist Faltblätter aus bei denen sind dien benachbarten Stränge mittels Wasserstoffbrückenbindungen verbunden. Zwischen NH- und CO- Gruppen, dadurch ist jede AS mit einer Benachbarten am anderen Strang verbunden. Bevorzugt kommen in β-Strängen Valin, Isoleucin, Thyrosin, Cystein, Tryptophan, Phenylalanin, Threonin vor. Fettsäurebindende Proteine sind fast ausschließlich aus β-Faltblättern. Amphipatie ist auch bei einem β-Strang möglich da die Reste abwechselnd nach oben oder unten ragen, es können zB alle die nach Außen ragen nur hydrophile und nach Innen nur hydrophobe.
Erklären Sie den Unterschied zwischen Faltungsmotiven und Protein-domänen, definieren Sie diese beiden Begriffe und nennen Sie je ein Beispiel.
Ein Faltungsmotiv ist eine Sekundärstruktur einer Polypeptidkette wie zB α-Helix, β- Faltblatt.
Eine Protein-Domöne ist eine Tertiärstruktur und kann aus mehreren Faltungmotiven bestehen zB: β-barrel, oder verdrilltes β-Faltblatt. Für die Eigenschaften von Proteinen spielen diese Sekundärstrukturen eine wichtige Rolle: vorwiegend helicale Proteine sind feste Strukturen mit unterschiedlicher
Flexibilität während hauptsächlich aus β-Faltblatt-Anteilen bestehende Proteine weich und flexibel sind. Eine Domäne ist eine Untereinheit der Tertiärstruktur (strukturell geordnete Bereiche der Tertiärstruktur) und setzt sich aus mehreren Faltungsmotiven zusammen. Meist besteht eine Domäne aus etwa 300 AS. Es wird angenommen, dass sich Strukturdomänen unabhängig falten. In Enzymen wird zwischen verschiedenen Domänen unterschieden zB: regulatorische, katalytische und Bindungsdomänen.
Meist handelt es sich um funktionelle Einheiten.
Proteinstrukturen werden in 4 Klassen unterschieden:
- all α (enthält nur α-Helices)
- all β (ist nur aus β-Strängen aufgebaut)
- α/β ( die verschiedenen Abschnitte sind gemischt oder wechseln sich ab) – α + β (die Strukturbereiche sind etwas getrennt voneinander)
Das ß-barrel oder ß-Faß ist eine besonders stabile Struktur. Warum?
Die β-Konformation ist am stabilsten wenn die einzelnen Abschnitte leicht rechtsgängig verdreht sind. Jeder Strang ist mittels
Wasserstoffbrücken mit den benachbarten verbunden (der 1. Ist mit dem letzten ebenfalls verbunden) dadurch bildet sich das sogenannte Fass, bzw. eine Pore. Meist ist das Fass aus 16-18 Strängigen, antiparallelen β-Faltblättern aufgebaut.
Das barrel ist eine wichtige Grundstruktur im GFP und durch die gute Funktion als Pore auch oft in Membranen vorhanden.
Welche Kräfte stabilisieren die 3-dimensionale Struktur von Poteinen, und welche Kräfte wirken dem entgegen?
Konformationsstabilisierende Wechselwirkungen:
-> Disulfidbrücken Æ kovalente Bindung (vor allem bei Cystein) -> Wasserstoffbrückenbindungen, die bereits die Sekundärstruktur zusammenhalten, bilden sich auch zwischen weiter entfernten Resten aus.
-> Komplexbildungen mit Metall- Ionen
-> Hydrophober Effekt: hydrophobe AS sind meist im Inneren der Struktur angeordnet, während die polaren AS vorwiegend an der Oberfläche zu finden sind.
-> Elektrostatische WW
Konformation entgegenwirkende WW:
-> Detergenzien stören hydrophobe WW (zB Seife)
-> Wasserlösliche, organische Substanzen stören hydrophobe WW (zB. Saccharose)
Prolin: Die sekundäre Amino-Gruppe (Imino-Gruppe) hält die Proteinstruktur an dieser Stelle in einer starren Konfiguration. Aufgrund seiner ringförmigen Struktur fehlt dieser Aminosäure der Amidwasserstoff, der in anderen Aminosäuren H-Brücken ausbildet. Prolin stört die Ausbildung von regelmäßigen Sekundärstrukturen der Proteine wie α- Helices oder β-Faltblättern und wird daher als "Helixbrecher" bezeichnet.
Disulfidbrücken findet man nur bei extrazellulären Proteinen da im Zellinneren Glutathion und andere reduzierende Verbindungen in so hoher Konzentration vorliegen, dass Disulfide wieder reduktiv gespalten werden.
Das Enzym Pyruvat-decarboxylase katalysiert die Reaktion Pyruvat + H+ ÅÆ Acetaldehyd + CO2. Zu welcher Enzymklasse gehört dieses Enzym, und welcher Reaktionsmechanismus wird katalysiert?
-> Es gehört zu den Lyasen
-> Ist abhängig von den Cofaktoren TPP (Thiaminpyrophospha ) und Magnesium
-> Katalysiert die Decarboxylierung von dem aus Glucose entstandenen Pyruvat zu
Acetaldehyd+ CO2 bei der alkoholischen Gärung (anaerob)
Pyruvatdecarboxylase ist ein homotetrameres Enzym, das die Decarboxylierung von Brenztraubensäure zu Acetaldehyd und Kohlendioxid im Cytoplasma katalysiert.
Aminotriazol hemmt einen späten Schritt eines Biosyntheseweges in Pflanzen, der zu einer Aminosäure führt. Um welche Synthese handelt es sich? Begründen Sie IhreAntwort.
Wird als Herbizid verwendet, genauergesagt als Photosynthese Herbizid mit Hemmung der Carotinoid- Biosynthese. Daher fehlender Schutz vor Photooxidation und das Chlorophyll bleicht aus.
Aminotriazol ist ein competitiver Inhibitor des Produktes des HIS3 Gens, Imidazoleglycerol-phosphate dehydratase. Dieses Rnzym katalysiert den 6. Schritt der Histidin Produktion.
Michaelis-Menten-Kinetik: Warum hat die idealisierte Funktion V0 gegen [S] eine hyperbolische Form? Definieren Sie in der Kurve KM und Vmax.
Hyperbolische Kurve aufgrund der Michaelis-Menten Theorie: Das Modell besagt, dass mit steigender Konzentration auch die Reaktionsgeschwindigkeit steigt. Die geschieht anfangs linear und flacht dann ab, bis eine weitere Steigerung von [S] die Geschwindigkeit nicht mehr erhöht, da Vmax erreicht ist. Im Gegensatz zu unkatalysierten Reaktionen gibt es das Phänomen der Sättigung.
Km: Michaelis-Konstante. Gibt die Substratkonzentration an, bei der die Umsatzgeschwindigkeit halbmaximal ist. (v= 1/2 Vmax)
Vmax: Maximalgeschwindigkeit der Reaktion. Tritt bei hohen Substatkonzentrationen auf.
Welcher Schritt ist geschwindigkeitsbestimmend in der Michaelis-Menten-Kinetik? Begründe die Antwort, Definiere KM, Vmax und kkat.
Geschwindigkeitsbestimmender Schritt: Reaktion von Enzym-Substrat-Komplex zu Produkt und Enzym. (ES ---> P + E)
Grund: Da aufgrund des hohen Substratüberschusses alle Enzym-Moleküle schnell als Enzym-Substrat- Komplex vorliegen, bleibt die Reaktionsgeschwindigkeit über einen längeren Zeitraum gleich und entspricht Vmax.
Unter diesen Bedingungen ist das Enzym mit Substrat gesättigt und eine weitere Erhöhung der Substratkonzentration bringt keine weitere Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit.
Km: Michaelis-Konstante. Gibt die Substratkonzentration an, bei der die Umsatzgeschwindigkeit halbmaximal ist.
(v= 1/2 Vmax)
Vmax: Maximalgeschwindigkeit der Reaktion. Tritt bei hohen Substatkonzentrationen auf.
k(kat); Gibt an, wie viele Substratmoleküle bei vollständiger Sättigung des Enzyms pro Zeiteinheit in das Produkt umgesetzt werden. k(kat) = Vmax/[E(total)]
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Cartes-fiches
Untenstehendes Molekül ist ein Peptidhormon. Wieviele Peptidbindungen besitzt dieses Molekül (zeichnen Sie diese ein)? Von welchem Peptid leitet sich dieses Hormon ab? Welche Auswirkungen haben die Veränderungen gegenüber dem Tripeptid auf die Ladungen der terminalen Amino- bzw. Carboxylgruppe?
Aminosäurenreste: Pyroglutamat , Histidin, Prolylamid
2 Peptidbindungen,
Normalerweise bei Peptidketten ist das C-terminale Ende negativ und das N-terminale Ende positiv geladen. In diesem Peptidhormon: Die Carboxylseitengruppe des aminoterminalen Glu bildet ein Amid mit der α-Aminogruppe dieses Aminosäurerests, wodurch Pyroglutamat entsteht. die Carboxylgruppe des carboxyterminalen Pro wird in ein Amid umgewandelt (NH2).
Das aus den Extrakten des Hypothalamus gereinigte TRH erwies sich als Derivat des Tripeptids Glu-His-Pro. Es ist somit ein ist ein modifiziertes Tripeptid mit der Primärstruktur:
Glp-His-Pro-NH2.
Solche Modifikationen sind bei kleinen Peptidhormonen häufig. Meistens tragen die Ladungen an den amino- und carboxyterminalen Resten relativ wenig zur Gesamtladung bei. anders jedoch bei einem Tripeptid: hier dominieren diese beiden Ladungen die Eigenschafen des Moleküls. Die Bildung der Amidderivate maskiert diese Ladungen.
Die Seitenketten von Aminosäuren haben unterschiedliche Eigenschaften und bieten in einer Polypeptidkette verschiedene Möglichkeiten zur Modifikation. Beschreiben Sie die Seitenketten, ihre Eigenschaften und mögliche Modifikationen und deren Auswirkungen von Serin.
Serin(Ser,S): eine Hydroxylgruppe die an eine hydrophobe Seitenkette gebunden ist. Serin lässt sich als hydroxylierte Version von Alanin verstehen. Durch die Hydroxylgruppe ist es sehr hydrophil (wasserfreundlich) und reaktiv. Genauso wie alle Aminosäuren mit einer OHGruppe (Hydroxygruppe) kann Serin phosphoryliert werden und spielt somit bei der Aktivierung bzw. Inaktivierung von Enzymen eine wichtige Rolle. Außerdem befindet sie sich häufig im aktiven Zentrum von Enzymen und spielt daher für die Biokatalyse eine wichtige Rolle: Beispiele dafür sind die Serinproteinasen.
Die Seitenketten von Aminosäuren haben unterschiedliche Eigenschaften und bieten in einer Polypeptidkette verschiedene Möglichkeiten zur Modifikation. Beschreiben Sie die Seitenketten, ihre Eigenschaften und mögliche Modifikationen und deren Auswirkungen von Histidin.
Histidin (His, H): enthält einen Imidazolgruppe, einen aromatischen Ring, der ebenfalls positiv sein kann, gehört zu den Basischen AS. Mit einem pKs von fast 6 kann diese Gruppe in der Nähe eines neutralen pH-Wertes je nach der lokalen Umgebungen, in der sie sich befindet, sowohl ungeladen als auch geladen vorliegen. Kommt sehr häufig in aktiven Zentren von Proteinen vor, wo der Imidazolring im Verlauf enzymatischer Reaktionen ja nach Bedarf Protonen binden oder freisetzen kann. Der isoelektrische Punkt von Histidin befindet sich im Neutralbereich. Daher ist es die einzige proteinogene Aminosäure, die unter physiologischen Bedingungen sowohl Protonendonator als auchProtonenakzeptor sein kann.
Als Beispiel dafür findet sich seine Rolle in der „katalytischen Triade“ (Asp-His-Ser) von Serinproteasen. Von funktioneller Bedeutung sind auch das „distale“ und das „proximale“ Histidin (Teile des Eisen- Bindungsplatzes) im Blutfarbstoff Hämoglobin und dem Muskelfarbstoff Myoglobin. Ebenfalls wichtige Bedeutung hat es als Ligand von Metallionenkomplexen der Elektronentransportketten in den Mitochondrien (oxidative Phosphorylierung) und in den Chloroplasten (Photosynthese)
Die Seitenketten von Aminosäuren haben unterschiedliche Eigenschaften und bieten in einer Polypeptidkette verschiedene Möglichkeiten zur Modifikation. Beschreiben Sie die Seitenketten, ihre Eigenschaften und mögliche Modifikationen und deren Auswirkungen von Cystein.
Cystein (Cys, C): ähnelt dem Serin, enthält aber eine Sulfhydril (-SH) gruppe anstelle der Hydroxylgruppe. Diese ist noch reaktionsfreudiger, je 2 dieser Thiolgruppen gehen gerne Disulfidbindungen ein, welche eine besonders wichtige Rolle bei der Stabilisierung von Proteinen haben. Weiterhin ist zu erwähnen, dass eine größere Gruppe von Enzymen von Cysteinresten koordinierte Eisen-Schwefel-Cluster besitzt. Die relativ reaktive Thiolgruppe des Cysteins kann aber auch direkt am katalytischen Mechanismus beteiligt sein, wie bei der Glycerinaldehyd-3-phosphat-Dehydrogenase, wo Cystein das Substrat am aktiven Zentrum bindet.
Zeichnen Sie ein Ramachandran-diagramm und diskutieren Sie die Aussage dieses Diagramms.
Bindungen zwischen der Aminogruppe und dem α-Kohlenstoff sowie zwischen diesem und der Carboxylgruppe sind reine Einfachbindungen. Die denen benachbarten Peptidbindungen (starr) rotieren um diese. Diese Rotationen lassen sich durch Torsionswinkel beschreiben.
Zwischen Stickstoff und α-C => φ (phi)
Zwischen Carbonyl Kohlenstoff und α-C => ψ (psi)
Diese beiden Winkel legen den Verlauf der Polypepdidkette fest.
Das Ramachandram Diagramm zeigt die erlaubten/möglichen Kombinationen der beiden Winkel. Viele Kombis sins aufgrund sterischer Kollisionen nicht mööglich. Die dunkelsten Stellen sind die Energetisch günstigsten, die helleren sind Grenzbereiche. Die Starrheit der Peptidbindungen und der begrenzten Auswahl durch φ und ψ schränkt die Zahl der möglichen Strukturen hinreichend ein, um Proteinfaltungen zu ermöglichen.
Definieren Sie den Begriff „amphipathische Helix“ in Worten und skizzieren Sie ein Beispiel dazu.
Helixrad: verdeutlicht eine amphipatische Helix: Auf der einen Seite sind nur geladene, auf der anderen Seite nur hydrophobe AS. Dadurch entsteht ein idealer Grenzübergang. zB.: wenn die Helix auf einer Proteinoberfläche eines großen Proteins zu liegen kommt. Außen -> hydrophil, Innen-> hydrophob Charakteristische Bindungswinkel sind für alle Reste identisch.
Bestimmte As deuten mehr auf -Helices hin als andere: Alanin, Glutamin, Leucin, Methionin sind sehr gute Helixbildner ; Prolin, Glycin, Tyrosin, Serin sind eher schlechte Helixbildner
Skizzieren Sie einen ß-Strang in einer Länge von 8 Aminosäuren. Welche Aminosäuren kommen dort bevorzugt vor? Kann ein ß-Strang amphipathisch sein? Begründen Sie Ihre Antwort.
β-Faltblatt: parallel und antiparallel
β-Stränge bilden meist Faltblätter aus bei denen sind dien benachbarten Stränge mittels Wasserstoffbrückenbindungen verbunden. Zwischen NH- und CO- Gruppen, dadurch ist jede AS mit einer Benachbarten am anderen Strang verbunden. Bevorzugt kommen in β-Strängen Valin, Isoleucin, Thyrosin, Cystein, Tryptophan, Phenylalanin, Threonin vor. Fettsäurebindende Proteine sind fast ausschließlich aus β-Faltblättern. Amphipatie ist auch bei einem β-Strang möglich da die Reste abwechselnd nach oben oder unten ragen, es können zB alle die nach Außen ragen nur hydrophile und nach Innen nur hydrophobe.
Erklären Sie den Unterschied zwischen Faltungsmotiven und Protein-domänen, definieren Sie diese beiden Begriffe und nennen Sie je ein Beispiel.
Ein Faltungsmotiv ist eine Sekundärstruktur einer Polypeptidkette wie zB α-Helix, β- Faltblatt.
Eine Protein-Domöne ist eine Tertiärstruktur und kann aus mehreren Faltungmotiven bestehen zB: β-barrel, oder verdrilltes β-Faltblatt. Für die Eigenschaften von Proteinen spielen diese Sekundärstrukturen eine wichtige Rolle: vorwiegend helicale Proteine sind feste Strukturen mit unterschiedlicher
Flexibilität während hauptsächlich aus β-Faltblatt-Anteilen bestehende Proteine weich und flexibel sind. Eine Domäne ist eine Untereinheit der Tertiärstruktur (strukturell geordnete Bereiche der Tertiärstruktur) und setzt sich aus mehreren Faltungsmotiven zusammen. Meist besteht eine Domäne aus etwa 300 AS. Es wird angenommen, dass sich Strukturdomänen unabhängig falten. In Enzymen wird zwischen verschiedenen Domänen unterschieden zB: regulatorische, katalytische und Bindungsdomänen.
Meist handelt es sich um funktionelle Einheiten.
Proteinstrukturen werden in 4 Klassen unterschieden:
- all α (enthält nur α-Helices)
- all β (ist nur aus β-Strängen aufgebaut)
- α/β ( die verschiedenen Abschnitte sind gemischt oder wechseln sich ab) – α + β (die Strukturbereiche sind etwas getrennt voneinander)
Das ß-barrel oder ß-Faß ist eine besonders stabile Struktur. Warum?
Die β-Konformation ist am stabilsten wenn die einzelnen Abschnitte leicht rechtsgängig verdreht sind. Jeder Strang ist mittels
Wasserstoffbrücken mit den benachbarten verbunden (der 1. Ist mit dem letzten ebenfalls verbunden) dadurch bildet sich das sogenannte Fass, bzw. eine Pore. Meist ist das Fass aus 16-18 Strängigen, antiparallelen β-Faltblättern aufgebaut.
Das barrel ist eine wichtige Grundstruktur im GFP und durch die gute Funktion als Pore auch oft in Membranen vorhanden.
Welche Kräfte stabilisieren die 3-dimensionale Struktur von Poteinen, und welche Kräfte wirken dem entgegen?
Konformationsstabilisierende Wechselwirkungen:
-> Disulfidbrücken Æ kovalente Bindung (vor allem bei Cystein) -> Wasserstoffbrückenbindungen, die bereits die Sekundärstruktur zusammenhalten, bilden sich auch zwischen weiter entfernten Resten aus.
-> Komplexbildungen mit Metall- Ionen
-> Hydrophober Effekt: hydrophobe AS sind meist im Inneren der Struktur angeordnet, während die polaren AS vorwiegend an der Oberfläche zu finden sind.
-> Elektrostatische WW
Konformation entgegenwirkende WW:
-> Detergenzien stören hydrophobe WW (zB Seife)
-> Wasserlösliche, organische Substanzen stören hydrophobe WW (zB. Saccharose)
Prolin: Die sekundäre Amino-Gruppe (Imino-Gruppe) hält die Proteinstruktur an dieser Stelle in einer starren Konfiguration. Aufgrund seiner ringförmigen Struktur fehlt dieser Aminosäure der Amidwasserstoff, der in anderen Aminosäuren H-Brücken ausbildet. Prolin stört die Ausbildung von regelmäßigen Sekundärstrukturen der Proteine wie α- Helices oder β-Faltblättern und wird daher als "Helixbrecher" bezeichnet.
Disulfidbrücken findet man nur bei extrazellulären Proteinen da im Zellinneren Glutathion und andere reduzierende Verbindungen in so hoher Konzentration vorliegen, dass Disulfide wieder reduktiv gespalten werden.
Das Enzym Pyruvat-decarboxylase katalysiert die Reaktion Pyruvat + H+ ÅÆ Acetaldehyd + CO2. Zu welcher Enzymklasse gehört dieses Enzym, und welcher Reaktionsmechanismus wird katalysiert?
-> Es gehört zu den Lyasen
-> Ist abhängig von den Cofaktoren TPP (Thiaminpyrophospha ) und Magnesium
-> Katalysiert die Decarboxylierung von dem aus Glucose entstandenen Pyruvat zu
Acetaldehyd+ CO2 bei der alkoholischen Gärung (anaerob)
Pyruvatdecarboxylase ist ein homotetrameres Enzym, das die Decarboxylierung von Brenztraubensäure zu Acetaldehyd und Kohlendioxid im Cytoplasma katalysiert.
Aminotriazol hemmt einen späten Schritt eines Biosyntheseweges in Pflanzen, der zu einer Aminosäure führt. Um welche Synthese handelt es sich? Begründen Sie IhreAntwort.
Wird als Herbizid verwendet, genauergesagt als Photosynthese Herbizid mit Hemmung der Carotinoid- Biosynthese. Daher fehlender Schutz vor Photooxidation und das Chlorophyll bleicht aus.
Aminotriazol ist ein competitiver Inhibitor des Produktes des HIS3 Gens, Imidazoleglycerol-phosphate dehydratase. Dieses Rnzym katalysiert den 6. Schritt der Histidin Produktion.
Michaelis-Menten-Kinetik: Warum hat die idealisierte Funktion V0 gegen [S] eine hyperbolische Form? Definieren Sie in der Kurve KM und Vmax.
Hyperbolische Kurve aufgrund der Michaelis-Menten Theorie: Das Modell besagt, dass mit steigender Konzentration auch die Reaktionsgeschwindigkeit steigt. Die geschieht anfangs linear und flacht dann ab, bis eine weitere Steigerung von [S] die Geschwindigkeit nicht mehr erhöht, da Vmax erreicht ist. Im Gegensatz zu unkatalysierten Reaktionen gibt es das Phänomen der Sättigung.
Km: Michaelis-Konstante. Gibt die Substratkonzentration an, bei der die Umsatzgeschwindigkeit halbmaximal ist. (v= 1/2 Vmax)
Vmax: Maximalgeschwindigkeit der Reaktion. Tritt bei hohen Substatkonzentrationen auf.
Welcher Schritt ist geschwindigkeitsbestimmend in der Michaelis-Menten-Kinetik? Begründe die Antwort, Definiere KM, Vmax und kkat.
Geschwindigkeitsbestimmender Schritt: Reaktion von Enzym-Substrat-Komplex zu Produkt und Enzym. (ES ---> P + E)
Grund: Da aufgrund des hohen Substratüberschusses alle Enzym-Moleküle schnell als Enzym-Substrat- Komplex vorliegen, bleibt die Reaktionsgeschwindigkeit über einen längeren Zeitraum gleich und entspricht Vmax.
Unter diesen Bedingungen ist das Enzym mit Substrat gesättigt und eine weitere Erhöhung der Substratkonzentration bringt keine weitere Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit.
Km: Michaelis-Konstante. Gibt die Substratkonzentration an, bei der die Umsatzgeschwindigkeit halbmaximal ist.
(v= 1/2 Vmax)
Vmax: Maximalgeschwindigkeit der Reaktion. Tritt bei hohen Substatkonzentrationen auf.
k(kat); Gibt an, wie viele Substratmoleküle bei vollständiger Sättigung des Enzyms pro Zeiteinheit in das Produkt umgesetzt werden. k(kat) = Vmax/[E(total)]
