In welcher Form liegen AS bei physiologischem pH vor? (Lewis) Wie verändern sich die Carboxy- und Aminogruppen bei Zugabe/Entfernen von Säure?

AS liegen bei physiologischem pH als Zwitterionen vor: Ihre Nettoladung ist 0 Aminogruppe protoniert Carboxylgruppe deprotoniert Einfluss pH Mehr Säure (pH sinkt): Carboxylat-Gruppe (negativ) wird H+ aufnehmen Weniger Säure (pH steigt): Ammonium-Gruppe (positiv) spaltet H+ ab

Disulfidbrücken Mögliche Bindungen? Rolle von Cystein beta-Mercator-Ethanol

inter-Kette: zwischen zwei Polypeptidketten intra-Kette: innhalb derselben Polypeptidkette Cystein: bildet über Oxidation(Hydrolyse, O2 muss vorhanden sein) Disulfidbrücken. Reduziert: SH Oxidiert: S-S beta-Mercator-Ethanol: löst Disulfidbrücken auf

Chromatographie Funktionsweise

Analyt affiniert unterschiedlich er affiniert hydrophob oder hydrophil und wird deswegen nach seiner Affinität für Lösungsmittel (Eluent, Laufmittel) von anderen Stoffen getrennt.

Chromatographie Im Kurs vorgestellte Techniken Nicht-chromatogrpahische Methoden

Ionentauscherchromatographie SDS-PAGE Affinitätschromatographie Papierchromatographie Nicht-chromatographische Methoden Aussalzen

Aussalzen von Proteinen Funktionsweise

Trennt nach Löslichkeit Alle AS haben unterschiedlichen pI bei Zugabe von Salz ((NH4)+SO42-) wird die Hydratationshülle der Proteine abgeschwächt, bis sie schlussendlich aufgelöst wird. Den Proteinen bleibt nichts übrig. als sich mit ihresgleichen zu aggregieren (wenn pH = pI wid dieser Prozess begünstigt) Die Proteine fallen fraktioniert aus und können abzentrifugiert werden.

Ionenaustauschchromatographie Funktionsweise

Trennt nach Ladung Träger (Cellulose) wird modifiziert: er trägt geladene Bestandteile positiv geladen: zieht Anionen an --> Anionentauscher negativ geladen: Kationentauscher

Papierchromatographie Funktionsweise Nachteile

Trennt nach Polarität Analyt läuft mit hydrophobem (=apolaren) Eluenten weiter oder bleibt an hydrophilem (polaren) Träger haften, je nach Affinität Lsg-mittel: Chloroform CHCl3 Träger: Cellulose (CHO)X Nachteil: Isolation in grossen Mengen nicht Möglich, rein analytisches Verfahren!

Hydrophobe Interaktionschromatographie Funktionsweise

Trennt nach Polarität (eigentlich UNpolarität) Wie beim Aussalzen wird Hydratationshülle geschwächt. Freigewordene, apolare Bestandteile werden nun von apolaren Bestandteilen von Trägern angezogen

Gel-Filtrationschromatographie Funktionsweise

Trennt nach Grösse und Form Kügelchen mit Poren Grosse Moleküle: kurzer Weg --> schnell ausgewaschen Kleine Moleküle: längerer Weg durch Poren --> weniger schnell ausgewaschen

Affinitätschromatographie Funktionsweise

Trennung nach charakteristischen Bindungseigeschaften (wie bsw. Antikörper) Matrix (Träger) wird mit spezifischen Teilchen (Liganden) bestückt Spezifische Teilchen Antikörper Metalle Spacer: "Antenne" zwischen Matrix und Ligand nach Binden von AS + Ligand werden diese nicht mehr ausgewaschen. Sie müssen aber wieder vom Liganden gelöst werden, mittels NaCl pH-Änderung

Elektrophorese Prinzip Arten

Prinzip: Ionen wandern in elektr. Feld Anionen zur Anode (+) Kationen zur Kathode Arten PAGE: nativ SDS-PAGE: denaturierend

Papierelektrophorese Funktionsweise PAGE Funktionsweise

AS wandern auf einem Träger durch elektrisches Feld --> Trennung nach Ladung PAGE: Zusätzlich werden die AS gesiebt Polyacylamid bildet ein Netzwerk mit Maschen, deren grösse bei der Herstellung bestimmt werden kann Je nach Grösser wandern AS schneller wenn sie klein sind und problemlos durch die Poren des Netzwerkes passen wenn sie stark geladen sind und deswegen stark von Anode/Kathode angezogen werden langsamer wenn sie gross sind wenn sie netto kaum geladen sind

SDS-PAGE Funktionsweise

Trennung nach Grösse bzw. Masse Denaturierung: alle Proteine werden linear ausgerichtet SDS-Molekül Ist stark negativ geladen Schafft Hülle um denat. Protein --> negativ geladenen Hülle im letzten Schritt PAGE anwenden

a-Helix und b-Faltblätter Primär-, Sekundär- oder Tertiärstruktur? Windung? Stabilisierung?

Sekundär, beide a-Helix gewunden (meist rechtswindig, linkswindig sehr selten), b-Faltblatt nicht, erzeugt aber Schleife Stabilisierung a-Helix: H-Brücken in Helix-Achse, wiederholt sich alle 4 AS b-Faltblatt: parallel (Beide Ketten N --> C) Schräge H-Brücken antiparalell (eine N --> C, andere C --> N) Gegnüberliegende H-Brücken --> stabiler

Klassifizierung von Proteinen, Zahnfleisch und Haar: Zusammenhang? Wie wird Haar aufgebaut? Wie wird Zahnfleisch aufgebaut?

Wasserlöslich: globullär Wassunlöslich: fibrillär Keratin --> Bildet Haar Kollagen --> Bindegewebe, wie Zahnfleisch Haar: zwei Helices winden sich umeinander (N--C immer paralell) stabilisieren sich über H-Brücken. Dimer 33% Gly !! Prolin dient als Strukturbrecher: verhindert rechtgängiges Falten Gly-Reste haben Platz in Helix, die anderen Reste nicht und schauen deshalb nach aussen.

Was charakterisiert Primärstruktur Sekundärstruktur Tertiärstruktur Quarternärstruktur

Primärstruktur AS-Sequenz --> hat Auswirkungen auf alle folgenden Strukturen! Sekundärstruktur Bereiche und deren Reihenfolge, durch H-Brücken stabilisiert --> a-Helix, b-Faltblatt und -Schleife Tertiärstruktur Verteilung Atome im Raum --> 3D aktive Form des Proteins Motive: verschiedene Kombinationen aus Elementen der Sek.Struktur Quarternärstruktur Symmterisches Aggregat aus mehreren Proteinen --> Oligomere

Domänen Definition Eigenschaften

sind Abschnitte eines Proteines (Prot-Sequenz) und haben charakteristische Faltung, diese ist für Funktion enorm wichtig --> Änderung der Faltung hat grössere Konsequenzen als Änderung einer AS in Sequenz! --> Raumliche Anordnung bestimmt über Funktion

Wovon hängt Stabilität von Proteinen ab? wie genau? wie stabil sind native Proteine? Wie kann Stabilität von Prot. überwunden werden? Was passiert danach?

hydrophobe Kräfte: apolare Seitenketten minimieren Kontakt mit Wasser und halten lieber zu ihresgleichen. Dieser "Öl-Effekt" wirkt als Kraft, die zustand des prot. stabilisiert. Dabei ist jede AS untersch. hydrophatisch (in H20 löslich) native proteine sind kaum stabiler als ihre ungefaltete Form --> sie können dadurch verändert werden und/oder Funktionen ausüben (Unter der nativen Struktur eines Proteins versteht man die definierte dreidimensionale Struktur, in der das Protein seine physiologische Funktion ausübt) Prot können denaturiert werden durch T Erhöhung pH Detergentien nach Denaturierung können sie renaturiert werden, dafür müssen physiologische Bed. wieder hergestellt werden! Das prot wird wieder aktiv!

Unterschied von Enzymen und chemischen Katalysatoren Spezifität von Enzymen abhängig von Kofaktoren

Unterschied von Enzymen und chemischen Katalysatoren Reaktionsraten sind höher Reaktionsbedingungen sind physiologisch Können reguliert werden Vor/Nach Reaktion identisch (keine Seitenprodukte) Spezifität von Enzymen abhängig von geometrischer und elektrostatischer Komplementarität: Schlüssel-Schloss-Prinzip Kofaktoren erwitern Funktion von AS-Seitenkette (Enzyme bestehen aus AS!) und damit die Funktion des Enzyms müssen mit Nahrung aufgenommen werden (Metallionen)

Höhere Aktivierungsenergie heisst? Welche ÜZ sind schrittlimitierend, wenn es mehrere davon gibt?

Unwarscheinliche Reaktion sowie grosser E-Aufwand jene mit grösster Akt-E

S/B-Katalyse Was passiert? Ziel? Wann am effizientesten?

p+-Transfer Elektronen über möglichst viele Kerne delokalisieren --> Absenken des UZ Effizientesten wenn durch S+B katalysiert --> enzym verwendet 2x His: eines fungiert als S, das andere als B statt His kann auch Asp, Glu, Cys, tyr oder Lys verwendet werden, dabei beeinflusst der pH die Effizienz des Enzymes optimale Effizienz lässt Rückschluss auf benutzte AS zu.

RNase A Mechanismus Schema Welche Art Katalyse?

S/B-Katalyse Schritt 1: RNA gerät in aktives Zentrum OH am C2 der Pentose wird deprotoniert durch His12, das als Base wirkt und das Proton aufnimmt --> wird zu einer Säure Das nun "nackte" O-Atom übt NU-Angriff auf benachbarte P-Atom aus Abgangsgruppe wird durch His119, das als Säure wirkt, protoniert --> His119 wird zu einer Base Schritt 2: H2O gerät in aktives Zentrum His119 (Base) hydrolysiert H2O, nimmt fre gewordene H auf --> His119 (Säure) His12 (S) protoniert das OH-Ende der RNA --> His12 (B) Funktioniert nur mit RNA (Substrat wird bei 2 protoniert, nur Ribose hat OH-Gruppe!)

Kovalente Katalyse Mechanismus Zeichnen: Decarboxylation, katalysiert durch primäres Amin (Bild = unkatalysiert)

nukleophiler Angriff des Enzyms auf elektrophil des Substrates vorübergehende kovalente Bidnugen werden gebildet --> je stärker diese, desto unlösiclher Enz-Subs-Komplex braucht starke Nucleophile (vgl Bild) sowie gute Abgangsgruppen Zwischen Katalysator und Substrat findet eine nucleophile Reaktion statt, die zur Ausbildung einer kovalenten Bindung führt. Es folgt die Entfernung der Elektronen aus dem Reaktionszentrum. Durch eine Spaltung der kovalenten Bindung wird der Katalysator freigesetzt

Metallionen-Katalyse Wikrung&Mechanismus Beispiel

Metallionen polarisieren andere Stoffe, ohne sich vom Enzym zu lösen. (müssen stark gebunden sein!) Beispiel: Carboanhydrase Metallionen können ebenfalls 3D-Strukturen elektrostatisch stabilisieren --> negative Ladungen werden kompensiert Metalloenzyme wirken häufig wie ein Proton (es werden keine protonen übertragen!): H2O --> OH- + H+

Lysozyme Wirkung Schnitt & Mechanismus

bakterizid: zerstört Zellwände Schnitt hydrolisiert β-1,4-glykosidische Bindungen bindet 6 Saccharid-Ringe in spezifischen Spalt, trennt Pos. 4 - 5 1) S-Katalyse: beta-Bdg wird gespalten, fünfte Zucker wird protoniert (entsteht OH-Gruppe) und so abgetragen 2) Kovalente katalyse: 1) Entsteht Oxonium-Ion, das in Sesselformation kovalent an Base bindet. 2) Wasser gerät ins aktive Zentrum 3) B-Katalyse: Hydrolyse! OH wird auf Zucker übertragen und befreit Base aus der kovalenten Bindung. H wird verwendet, um Säure zu regenerieren

SCHNEITER Faltung Wie Falten sich Proteine? Wie verhalten sich dabei Entropie und Energie? Amyloidosen Was sind Amyloidosen?

Proteine falten sich auf bestimmten, vorgegebenem Weg wenigen Sekunden hydrophober kollaps: hydrophobe Teile des Proteines entgehen dem Wasser Protein wird bis in nativen zustand gefalten: Entropie nimmt ab, Energie nimmt ebenfalls ab Kollaps ist kooperativ: alle hydrophoben bestandteile verlagern sich Amyloidosen Proteine, die sich in ein energetisches absolutes Minimum gefalten haben. Sind unlöslich und infektiös (Prion)

Serin-Proteasen Arten und Spezifität Aufbau und Reaktivität DIPF Mechanismus? (nicht zeichnen)

Verdauungsenzyme Arten Chymotrypsin: grosse hydrophobe AS Trypsin: positive AS (Arg, Lys) Elastase: spezifisch für kleine neutrale AS Aufbau Katalytische Triade: His, Ser, Asp liegen in Ebene und sind über H-Brücken verbunden, was reaktivität von Ser 195 enorm erhöht --> starkes NU DIPF: Diisopropylphosphofluoridat bindet an Ser 195 und inaktiviert dadurch (nur!) Chymotrypsin Mechanismus Ser-Proteasen können Reaktionen in beide Richtungen katalysieren: Binden von Esterbindungen auch möglich Mechanismus auch auf Lipasen und Hydrolasen (generell Esterasen) anwendbar

card2brain.ch

Essentielle AS?

(BCAA's?)

Im ganzen 8:

Valin, BCAA
Methionin
Leucin, BCAA
Isoleucin, BCAA
Phenylalanin
Tryptophan
Threonin
Lysin

BCAA: Branched-amino-acid, verzweigte AS. Machen 40% der AS der Muskeln aus und deswegen für Sport relevant.

Peptidbindung

Durch welchen Prozess werden Proteine in AS verknüpft?
Mache eine Zeichnung in Lewis-Form
Enden beschriften
- beim Benennen eines Proteines beginnt man am ...?

Kondensationsreaktion verknüpft, Hydrolyse spaltet AS

Man beginnt immer an N-Terminus

In welcher Form liegen AS bei physiologischem pH vor? (Lewis)
Wie verändern sich die Carboxy- und Aminogruppen bei Zugabe/Entfernen von Säure?

AS liegen bei physiologischem pH als Zwitterionen vor: Ihre Nettoladung ist 0
- Aminogruppe protoniert
- Carboxylgruppe deprotoniert
Einfluss pH
- Mehr Säure (pH sinkt): Carboxylat-Gruppe (negativ) wird H⁺aufnehmen
- Weniger Säure (pH steigt): Ammonium-Gruppe (positiv) spaltet H⁺ab

Wo liegt der pKs dieser AS und was bedeutet er?
Wo liegt der pI (isoelektrische Punkt) und was bedeutet er? Wie wird er berechnet?

pKs1 bei ~2.2, \({[COO^-]\over [COOH]} = 1\)--> Die AS wirkt als Puffer

pKs2 bei ~9.4, \({ [NH2] \over [NH3^+]} = 1\)--> ebenfalls Puffereigenschaft

pI bei ~5.5, die AS liegt als Zwitterion vor: sie verfügt über gleich viele positive sowie negative Ladungen.

\(pI = {pKs1 + pKs2 \over 2}\)

Aus wie vielen AS besteht ein:

a) Dipeptid
b) Oligopeptid
c) Polypeptid

Definition Protein?

a) 2
b) 3-10
c) 11 - 100, linear

Protein:

Polypeptidkette, allg. ab 40 AS (40 - 4000)
Molekulargewicht: 4 -440 kDa

Durchschnittliches Molekulargewicht einer AS

110 Da (entspricht 110 u)

Disulfidbrücken

Mögliche Bindungen?
Rolle von
- Cystein
- beta-Mercator-Ethanol

inter-Kette: zwischen zwei Polypeptidketten
intra-Kette: innhalb derselben Polypeptidkette

Cystein: bildet über Oxidation(Hydrolyse, O₂ muss vorhanden sein) Disulfidbrücken.

Reduziert: SH
Oxidiert: S-S

beta-Mercator-Ethanol: löst Disulfidbrücken auf

Chromatographie

Funktionsweise

Analyt affiniert unterschiedlich

er affiniert hydrophob
oder hydrophil

und wird deswegen nach seiner Affinität für Lösungsmittel (Eluent, Laufmittel) von anderen Stoffen getrennt.

Chromatographie

Im Kurs vorgestellte Techniken

Nicht-chromatogrpahische Methoden

Ionentauscherchromatographie
SDS-PAGE
Affinitätschromatographie
Papierchromatographie

Nicht-chromatographische Methoden

Aussalzen

Aussalzen von Proteinen

Funktionsweise

Trennt nach Löslichkeit

Alle AS haben unterschiedlichen pI
bei Zugabe von Salz ((NH₄)⁺SO₄^2-) wird die Hydratationshülle der Proteine abgeschwächt, bis sie schlussendlich aufgelöst wird.
Den Proteinen bleibt nichts übrig. als sich mit ihresgleichen zu aggregieren (wenn pH = pI wid dieser Prozess begünstigt)
Die Proteine fallen fraktioniert aus und können abzentrifugiert werden.

Ionenaustauschchromatographie

Funktionsweise

Trennt nach Ladung

Träger (Cellulose) wird modifiziert: er trägt geladene Bestandteile

positiv geladen: zieht Anionen an --> Anionentauscher
negativ geladen: Kationentauscher

Papierchromatographie

Funktionsweise
Nachteile

Trennt nach Polarität

Analyt läuft mit hydrophobem (=apolaren) Eluenten weiter oder bleibt an hydrophilem (polaren) Träger haften, je nach Affinität
- Lsg-mittel: Chloroform CHCl₃
- Träger: Cellulose (CHO)_X

Nachteil: Isolation in grossen Mengen nicht Möglich, rein analytisches Verfahren!

Hydrophobe Interaktionschromatographie

Funktionsweise

Trennt nach Polarität (eigentlich UNpolarität)

Wie beim Aussalzen wird Hydratationshülle geschwächt.
Freigewordene, apolare Bestandteile werden nun von apolaren Bestandteilen von Trägern angezogen

Gel-Filtrationschromatographie

Funktionsweise

Trennt nach Grösse und Form

Kügelchen mit Poren
- Grosse Moleküle: kurzer Weg --> schnell ausgewaschen
- Kleine Moleküle: längerer Weg durch Poren --> weniger schnell ausgewaschen

Affinitätschromatographie

Funktionsweise

Trennung nach charakteristischen Bindungseigeschaften (wie bsw. Antikörper)

Matrix (Träger) wird mit spezifischen Teilchen (Liganden) bestückt

Spezifische Teilchen
- Antikörper
- Metalle
Spacer: "Antenne" zwischen Matrix und Ligand

nach Binden von AS + Ligand werden diese nicht mehr ausgewaschen. Sie müssen aber wieder vom Liganden gelöst werden, mittels

NaCl
pH-Änderung

Elektrophorese

Prinzip
Arten

Prinzip: Ionen wandern in elektr. Feld

Anionen zur Anode (+)
Kationen zur Kathode

Arten

PAGE: nativ
SDS-PAGE: denaturierend

Papierelektrophorese

Funktionsweise

PAGE

Funktionsweise

AS wandern auf einem Träger durch elektrisches Feld --> Trennung nach Ladung

PAGE:

Zusätzlich werden die AS gesiebt

Polyacylamid bildet ein Netzwerk mit Maschen, deren grösse bei der Herstellung bestimmt werden kann
Je nach Grösser wandern AS
- schneller
  - wenn sie klein sind und problemlos durch die Poren des Netzwerkes passen
  - wenn sie stark geladen sind und deswegen stark von Anode/Kathode angezogen werden
- langsamer
  - wenn sie gross sind
  - wenn sie netto kaum geladen sind

SDS-PAGE

Funktionsweise

Trennung nach Grösse bzw. Masse

Denaturierung: alle Proteine werden linear ausgerichtet
SDS-Molekül
- Ist stark negativ geladen
- Schafft Hülle um denat. Protein --> negativ geladenen Hülle
im letzten Schritt PAGE anwenden

Welche Methoden dienen Proteinsequenz-analyse?

Wie funktionieren diese?

Man kann DNA oder Protein analysieren

DNA: über PCR (polymerase chainreaction)
Protein
- chemisch: bei Verfahren wird schrittweise N-Terminus-AS abgespalten --> wird erkannt und bestimmten position zugeordnet
- Massenspektroskopie: ESI-MS
  - Trennen von AS augfrund physikalischen und elektrischen Eigenschaften
    - Die AS befinden sich in einem Gas, ihre Sequenz wurde zerstört --> Je nach Menge best. AS erhält man ein Muster. DIese wird mit anderen in einer Datenbank verglichen.
      (Erstellen dieser Datenbank wäre mithilfe ESI-MS nicht möglich gewesen!)

A) Was sind PAM Units? Wie verhalten sie sich (z.B. wenn sie hoch/tief sind?)

PAM: Anzahl nicht-lethaler Punktmutationen/100 AS (pro 100 AS damit man unterschiedlich lange Prot verlgiechen kann)

A) Proteine unterliegen Evolution. Bei nicht-lethaler Punkmutation verändert sich eine AS in der Proteinsequenz so, dass das Protein funktionell intakt bleibt. PAM steigt dabei um +1.

Wenn PAM tief ist, sind Mutationen sofort lethal --> der evolutionäre Druck auf die H4-Sequenz ist enorm, die Sequenz ist deswegen hoch konserviert.

Wenn PAM hoch (?) ist, dienen viele AS nur als Platzhalter und wenige davon sind funktionell wichtig. --> Sequenz tief konserviert.

Domain-shuffling und PAM-Unit Änderungen, was Unterschied?

bei PAM Punktmutation (innerhalb Prot-Domäne) --> DNA verändert sich

bei Domain-shuffling werden ganze AS Sequenzen (40 - 100AS) unterschiedlich angeordnet. Dabei bleibt die DNA unverändert und exprimiert weiterhin dieselben Domänen

Warum ist die Peptidbindung planar, wenn es gewundene Helices gibt?

Was ist weiterhin auffällig?

erstens ist die Peptidbindung resonanzstabilisert: Doppelbindungen erlauben keine Rotationen.
(Obwohl die C-N-Bdg "nur" Doppelbindungcharakter hat, reicht das aus, um die Verknüpfung auf planarer Ebene zu limitieren)
zweitens sind Winkel zwischen kovalenten Einfachbindungen von Ca-C sowie N-C sehr wohl möglich --> verleihen Protein Windung! Dabei sind aber nur gewisse Kombinationen möglich (siehe Ramachandran Diagramm)

Auffallend: die trans-Konformation ist stabiler, weil sie den Seitenketten mehr Platz zu Verfügung stellt.

a-Helix und b-Faltblätter

Primär-, Sekundär- oder Tertiärstruktur?
Windung?
Stabilisierung?

Sekundär, beide
a-Helix gewunden (meist rechtswindig, linkswindig sehr selten), b-Faltblatt nicht, erzeugt aber Schleife
Stabilisierung
- a-Helix: H-Brücken in Helix-Achse, wiederholt sich alle 4 AS
- b-Faltblatt:
  - parallel (Beide Ketten N --> C)
    Schräge H-Brücken
  - antiparalell (eine N --> C, andere C --> N)
    Gegnüberliegende H-Brücken --> stabiler

Zeichne Kette von plnaren Prptidbindungen mit R, eines davon R=Prolin

Prolin zwingt Peptidbindung in cis-Konformation

Klassifizierung von Proteinen, Zahnfleisch und Haar: Zusammenhang?

Wie wird Haar aufgebaut?
Wie wird Zahnfleisch aufgebaut?

Wasserlöslich: globullär

Wassunlöslich: fibrillär

Keratin --> Bildet Haar
Kollagen --> Bindegewebe, wie Zahnfleisch

Haar:

zwei Helices winden sich umeinander (N--C immer paralell)
stabilisieren sich über H-Brücken.
Dimer< Protofilamenten<Microfilamementen<Haaren.

Zahnfleisch: aus Collagen

trippelhelical
linksgängige Helix, rechtsgängige Tripelhelix
Gly - (Pro) - (Hyp/Hyl) --> 33% Gly !!
- Prolin dient als Strukturbrecher: verhindert rechtgängiges Falten
Gly-Reste haben Platz in Helix, die anderen Reste nicht und schauen deshalb nach aussen.

Was charakterisiert

Primärstruktur
Sekundärstruktur
Tertiärstruktur
Quarternärstruktur

Primärstruktur
AS-Sequenz --> hat Auswirkungen auf alle folgenden Strukturen!
Sekundärstruktur
Bereiche und deren Reihenfolge, durch H-Brücken stabilisiert --> a-Helix, b-Faltblatt und -Schleife
Tertiärstruktur
- Verteilung Atome im Raum --> 3D
- aktive Form des Proteins
- Motive: verschiedene Kombinationen aus Elementen der Sek.Struktur
Quarternärstruktur
Symmterisches Aggregat aus mehreren Proteinen --> Oligomere

Domänen

Definition
Eigenschaften

sind Abschnitte eines Proteines (Prot-Sequenz) und haben
- charakteristische Faltung, diese ist für Funktion enorm wichtig --> Änderung der Faltung hat grössere Konsequenzen als Änderung einer AS in Sequenz!
  --> Raumliche Anordnung bestimmt über Funktion

Wovon hängt Stabilität von Proteinen ab? wie genau? wie stabil sind native Proteine?
Wie kann Stabilität von Prot. überwunden werden? Was passiert danach?

hydrophobe Kräfte: apolare Seitenketten minimieren Kontakt mit Wasser und halten lieber zu ihresgleichen. Dieser "Öl-Effekt" wirkt als Kraft, die zustand des prot. stabilisiert. Dabei ist jede AS untersch. hydrophatisch (in H20 löslich)
native proteine sind kaum stabiler als ihre ungefaltete Form --> sie können dadurch verändert werden und/oder Funktionen ausüben
(Unter der nativen Struktur eines Proteins versteht man die definierte dreidimensionale Struktur, in der das Protein seine physiologische Funktion ausübt)
Prot können denaturiert werden durch
- T Erhöhung
- pH
- Detergentien

nach Denaturierung können sie renaturiert werden, dafür müssen physiologische Bed. wieder hergestellt werden! Das prot wird wieder aktiv!

Unterschied von Enzymen und chemischen Katalysatoren
Spezifität von Enzymen abhängig von
Kofaktoren

Unterschied von Enzymen und chemischen Katalysatoren
- Reaktionsraten sind höher
- Reaktionsbedingungen sind physiologisch
- Können reguliert werden
- Vor/Nach Reaktion identisch (keine Seitenprodukte)
Spezifität von Enzymen abhängig von
- geometrischer und elektrostatischer Komplementarität: Schlüssel-Schloss-Prinzip
Kofaktoren
- erwitern Funktion von AS-Seitenkette (Enzyme bestehen aus AS!) und damit die Funktion des Enzyms
- müssen mit Nahrung aufgenommen werden (Metallionen)

Höhere Aktivierungsenergie heisst?
Welche ÜZ sind schrittlimitierend, wenn es mehrere davon gibt?

Unwarscheinliche Reaktion sowie grosser E-Aufwand
jene mit grösster Akt-E

Welchen Einfluss haben Enzyme auf Überganszustände und Energiebilanzen von Reaktionen?

Enzyme stabilisieren Übergangszustand. Dieser ist labil, weil die freie Energie darin enorm ist und das Molekül bestrebt ist, den ÜZ zu verlassen.

Das Enzym reduziert Aktivierungsenergie, wodurch aber auch die freiwerdende E nach ÜZ absinkt --> Enzyme haben keinen Einfluss auf die Energiebilanz von Raktionen!

S/B-Katalyse

Was passiert?
Ziel?
Wann am effizientesten?

p⁺-Transfer
Elektronen über möglichst viele Kerne delokalisieren --> Absenken des UZ
Effizientesten wenn durch S+B katalysiert --> enzym verwendet 2x His: eines fungiert als S, das andere als B
statt His kann auch Asp, Glu, Cys, tyr oder Lys verwendet werden, dabei beeinflusst der pH die Effizienz des Enzymes
- optimale Effizienz lässt Rückschluss auf benutzte AS zu.

RNase A Mechanismus

Schema
Welche Art Katalyse?

S/B-Katalyse
Schritt 1: RNA gerät in aktives Zentrum
1. OH am C₂ der Pentose wird deprotoniert durch His12, das als Base wirkt und das Proton aufnimmt --> wird zu einer Säure
2. Das nun "nackte" O-Atom übt NU-Angriff auf benachbarte P-Atom aus
3. Abgangsgruppe wird durch His119, das als Säure wirkt, protoniert --> His119 wird zu einer Base
Schritt 2: H2O gerät in aktives Zentrum
1. His119 (Base) hydrolysiert H2O, nimmt fre gewordene H auf --> His119 (Säure)
2. His12 (S) protoniert das OH-Ende der RNA --> His12 (B)
Funktioniert nur mit RNA (Substrat wird bei 2 protoniert, nur Ribose hat OH-Gruppe!)

Kovalente Katalyse

Mechanismus
Zeichnen: Decarboxylation, katalysiert durch primäres Amin (Bild = unkatalysiert)

nukleophiler Angriff des Enzyms auf elektrophil des Substrates
vorübergehende kovalente Bidnugen werden gebildet --> je stärker diese, desto unlösiclher Enz-Subs-Komplex
- braucht starke Nucleophile (vgl Bild)
- sowie gute Abgangsgruppen

Zwischen Katalysator und Substrat findet eine nucleophile Reaktion statt, die zur Ausbildung einer kovalenten Bindung führt.
Es folgt die Entfernung der Elektronen aus dem Reaktionszentrum.
Durch eine Spaltung der kovalenten Bindung wird der Katalysator freigesetzt

Metallionen-Katalyse

Wikrung&Mechanismus
Beispiel

Metallionen polarisieren andere Stoffe, ohne sich vom Enzym zu lösen. (müssen stark gebunden sein!)
- Beispiel: Carboanhydrase
Metallionen können ebenfalls 3D-Strukturen elektrostatisch stabilisieren --> negative Ladungen werden kompensiert

Metalloenzyme wirken häufig wie ein Proton (es werden keine protonen übertragen!): H2O --> OH^- + H⁺

Welche Mechanismen verwenden Enzyme, um Reaktionen zu beschleunigen?

Enzyme beschleunigen die Katalyse durch

Proximität und Orientierungseffekten: gezielte Immobilisierung des S reduziert E_a
- Nähe (kleinste Wirkung)
- Ausrichtung des Substrates
- Elektrostatische Interaktion stabilisiert ÜZ
- Sterische Einfrieren (grösste Wirkung)
Präferentielles Binden des ÜZ: Stabilisierung des ÜZ setzt E_awiederum runter
- Das Enzym bindet am liebtsen an das Substrat (=präferentiell), aber weniger genre and das Produkt (lösen sich leichter wieder)

Lysozyme

Wirkung
Schnitt & Mechanismus

bakterizid: zerstört Zellwände
Schnitt
- hydrolisiert β-1,4-glykosidische Bindungen
- bindet 6 Saccharid-Ringe in spezifischen Spalt, trennt Pos. 4 - 5
- 1) S-Katalyse: beta-Bdg wird gespalten, fünfte Zucker wird protoniert (entsteht OH-Gruppe) und so abgetragen
- 2) Kovalente katalyse:
  - 1) Entsteht Oxonium-Ion, das in Sesselformation kovalent an Base bindet.
  - 2) Wasser gerät ins aktive Zentrum
- 3) B-Katalyse: Hydrolyse!
  - OH wird auf Zucker übertragen und befreit Base aus der kovalenten Bindung.
  - H wird verwendet, um Säure zu regenerieren

SCHNEITER

Faltung

Wie Falten sich Proteine?
Wie verhalten sich dabei Entropie und Energie?

Amyloidosen

Was sind Amyloidosen?

Proteine falten sich auf bestimmten, vorgegebenem Weg

wenigen Sekunden
hydrophober kollaps: hydrophobe Teile des Proteines entgehen dem Wasser
- Protein wird bis in nativen zustand gefalten: Entropie nimmt ab, Energie nimmt ebenfalls ab
- Kollaps ist kooperativ: alle hydrophoben bestandteile verlagern sich

Amyloidosen

Proteine, die sich in ein energetisches absolutes Minimum gefalten haben. Sind unlöslich und infektiös (Prion)

Serin-Proteasen

Arten und Spezifität
Aufbau und Reaktivität
DIPF
Mechanismus? (nicht zeichnen)

Verdauungsenzyme

Arten

Chymotrypsin: grosse hydrophobe AS
Trypsin: positive AS (Arg, Lys)
Elastase: spezifisch für kleine neutrale AS

Aufbau

Katalytische Triade: His, Ser, Asp liegen in Ebene und sind über H-Brücken verbunden, was reaktivität von Ser 195 enorm erhöht --> starkes NU

DIPF: Diisopropylphosphofluoridat

bindet an Ser 195 und inaktiviert dadurch (nur!) Chymotrypsin

Mechanismus

Ser-Proteasen können Reaktionen in beide Richtungen katalysieren: Binden von Esterbindungen auch möglich
Mechanismus auch auf Lipasen und Hydrolasen (generell Esterasen) anwendbar

Metabolite

Was charakterisiert Carbs?

Metabolite können gewissen Funktionellen Gruppen zugeteilt werden. Ähnliche Funktionelle gruppen können ineinander überführt werden. Sie werden über Stoffwechselwege verbunden.

Kohlenhydrate

nur C,H und O-Atome
Grundeinheit: Monosaccharid (aus 5-C atomen)
- Zucker bestehen aus zwei Hydroxy- und einer Carbonylgruppe
- Die Carbonylgruppe kann Endständig --> Aldosen oder innerhalb des Moleküls sein --> Ketose
Aldosen oder ketosen
Chirale Zentren
- Atome mit 4 untersch. Bindungspartnern
- Chirale C-Atom, das am weitesten von CHO-Gruppe, bestimmt über Chiralität. (gleich für Aldosen)

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