Biochemie
Eiweisse
Eiweisse
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Cartes-fiches
Sekundärstruktur
- durch Wechselwirkungen zw. NH- und Carbonyl (CO)-Gruppe
- a-Helix: zylinderförmig, H2O-Brückenbindungen sind intramolekular
- B-Faltblatt: Zick-Zack-Form, intramolekular und intermolekular
- B-Kehren + O-Schleifen dienen Richtungswechsel bzw. Wechsel von Helix zu Faltblatt
Tertiärstruktur
- dreidimensional
- kovalente + nicht-kovalente Bindungen zw. AS-Seitenketten (z.B. Disulfidbrücken zweier S-Gruppen)
- hydrophobe Seitenketten nach Innen (H2O-Abstossung). hydrophile nach Aussen => Hydrathülle um Protein, die Tertiärstruktur stabilisiert
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Quartärstruktur
- Funktionseinheiten mehrere Tertiärstrukturen schliessen sich zusammen
- z.B. Enzymkomplexe, Hämoglobin, Ribosomen etc.
Protein-Funktionen
- Biokatalys: Enzyme
- Kommunikation: Signalstoffe (Hormone)
- Transport: da wasserlöslich gut im Blut transportierbar -> lipophile Seitenketten können hydrophobe Stoffe binden und so im Inneren transportieren (z.B. Hämogl. O2)
- Stützfunktion: fadenförmige, längliche Proteine Rolle bei Haut + Haar (Kollagen)
- aktive Bewegung: Muskelproteine Aktin + Myosin
- Immunsystem: Antikörper
- Blutgerinnung: Gerinnungsfaktoren sind Proteine
- Puffer: NH- oder COOH-Gruppe ist protoniert resp. deprotoniert
Bindungen nach abnehmender Stärke
1. Peptidbindungen
2. Disulfidbrücken (z.B. Cys-Resten)
3. ionische Wechselwirkungen
4. Wechselwirkungen zw. polaren Gruppen (H2O-Brücken)
5. hydrophobe Wechselwirkungen (aliphatische AS, keine Anziehung sondern Abstossung)
Enzyme
- stabilisieren Übergangszustände
- erniderigen Aktivierungsenergie -> pro Zeiteinheit mehr Teile Energiebarriere überwinden
- Schloss-Schlüssel - Prinzip = substratspezifisch
- Cofaktoren z.B. anorganische Metallionen (z.B. Mg), organische Nicht-Protein - Moleküle
- Multienzymkomplex: Diffusionsweg kürzer, hydrophobes Mikromilieu stabilisiert Zwischenprodukte
- Enzymdefekt oft schon Kind, da Gendefekt
Schrittmacherreaktion
langsamster Teilschritt einer Reaktionsfolge = geschwindigkeitsbestimmende
Schlüsselenzyme
- geschwindigkeitsbestimmend
- irreversibel Reaktionen
- Reaktionsgeschwindigkeit nicht von Substratmenge abhängig, sonder von Enzymaktivität
- reguliert durch allosterische Regulation (soviel Produkte wie nötig, Zelle nicht überarbeitet)
Oxidoreduktasen (Klasse I)
Elektronen von donor abgegeben (Oxidation) und von Akzeptor aufgenommen (Reduktion). Akzeptor im katabolen Stoffwechsel oft NAD+ bzw. FAD, im anabolen NADPH.
- Dehydrogenasen: übertragen Elektronen mit Protonen
- Oxygenasen: baut O ein -> danach Hydroxy-Gruppe
- Oxidasen: Elektronen, die bei Oxidation frei werden auf O übertragen (Produkt H2O, oder Wasserstoffperoxyd)
Transferasen (Klasse II)
übertragen funktionelle Gruppen
- Aminotransferasen: NH-Gruppe (donor) auf a-Ketosäure (Akzeptor) übertragen. (ALT, AST). benötigen PALP
- Kinasen: P von ATP auf Substrat übertragen.
- Glykosyltransferasen: UDP-Zucker (aktiviert) auf OH-Gruppe von Proteinen übertragen (ER + Golgi)
- Phosphorylasen: spalten Zuckermoleküle ab + übertragen auf freies! P
Hydrolasen (Klasse III)
spalten Moleküle mit H2O (Hydrolyse), oder verknüpfen Moleküle unter H2O-Ausscheidung (Kondensation)
- Peptidasen+Proteasen: spalten Peptidbindungen. Endo = spalten innerhalb Peptidkette, Exo = spaltet an Ende
- Esterasen: spalten Esterbindungen, Phosphatase = unter H2O-Einlagerung P ab. Nukleasen = an DNA- + RNA-Abbau.
- Glykosidasen: spalten glykosidische Bindung, Hilfe von H2O
Lyasen (Klasse IV)
- Synthasen knüfpen kleine Moleküle (CO2, H2O) an Doppelbindungen von grossen.
- Synthetasen spalten Molekül-Gruppen ab -> Doppelbindungen
- Dexarboxylasen: spalten COOH-Gruppen ab
- Hydratasen: lagern H2O an
- Dehydratasen: spalten H2O ab
Isomerasen (Klasse V)
wandeln eine Strukturform in ander um.
- Epimerasen: wandeln Epimer um (z.B. von links nach rechts)
- Mutasen: verschieben funktionelle Gruppen (z.B. von C3 nach C2)
Ligasen (Klasse VI)
verknüpfen Moleküle mit Energie aus hydrolytischer Spaltung
- Carboxylasen: fügen CO2 als COOH-Gruppe ein
Enzymregulation:
klassische Hemmung + Aktivierung
- v.a. bei Schrittmacherenzymen
- Moleküle binden an allosterische Zentren -> Änderung der 3-dimensionalen Konformation
- kompetive Hemmung: änhnliches + natürliches Substrat konkurieren um Bindung an aktivem Zentrum.
- nicht-kompetiv: Inhibitor bindet an regulatorische Untereinheit -> ändert Enzymkonformation. Substratumsetzung noch möglich, jedoch langsamer
- unkompetive: Substrat bindet -> Änderung Tertiär-bzw. Quartärstruktur -> neue Bindungsstelle, an welche Inhibitor bindet
- Allosterie: Inhibitor bindet an funktionelle Untereinheit -> Aktivität von funktionellem Zentrum wird beeinflusst
Enzymregulation: kovalente Modifikation + Interkonvertierung
- nidermolekulare Gruppe anfügen -> Aktivität gesenkt bzw. gesteigert. z.B. Phosphorylierung. ATP-abhängig (Kinasen) Fasutregelung:
anaboler Stoffwechsel der KH: Phosphorylierung = Inaktivierung, Dephosphorylierung = Aktiviert
katabol: Phosphorylierung = aktiviert, Dephosphorylierung = inaktiviert
Enzymregulation: Zymogene
inaktive Vorstufen (Verdauungsenzyme)
Peptidsequenz abspalten -> aktivierte Form.
Vorgang ist irreversibel.
oft folgt nach 1. Aktivierung Kaskade = weitere Zymogene werden aktiviert
Enzymregulation: Isoenzyme
ähnliche Struktur, katalysieren gleiche Reaktion
Enzymregulation: Enzym-Turnover (Enzym-Umsatz)
Enzymkonz. massgeblich.
Einerseits beeinflusst durch Transkription, andererseits durch Enzymhalbwertszeit.
Proteinsynthese
1. Transkription= Info von DNA auf mRNA übertragen
2. Translation= an Ribosomen in AS-Sequenz übersetzen (Code-Sonne)
- danach noch Modifizierungen nötig, damit Proteine aktiv werden z.B. Faltungen, Glykolysierung, Proteolyse
Proteinbiosyntese
sekretorischer Weg
- Teile der Synthese im ER + Golgi-Apparat
- Ribosom dockt an ER -> weitere Translation im ER-Lumen
- von ER in Vesikel zu Golgi -> weitere Modifikation -> Exozytosse
- Exportproteine, Membranproteine, ER + Golgi-Proteine, lysosomale Proteine
Proteinbiosynthese
zytosolischer Weg
- gesamte Synthese im Zytosol
- Proteine für Zytosol, Mitochondrien, Zellkern, Peroxisomen.
Glykolysierung
vor Glykolysierung aktivierung über UTP (KH)
- O-glykosidisch (über OH-Gruppe), an Rest von Serin bzw. Threonin. in Zisternen des Golgi. kein Dol-P, da Anheftung direkt an ES
- N-glykosidisch (über NH-Gruppe), an Rest von Asparagin. Im ER alle gleichen Rest, im Golgi dann spezifischer. Dol-P nötig. mannosereicher Typ = ausschliesslich Mannose, kompleser = viel Mannose + andere Zucker
Proteolyse
Signalsequenz entfernen (z.B. Aktivierung der Verdauungsenzymen)
Proteinabbau
- intrazelluläre Proteine von eigener Zelle, Plasmaproteine von Leber (Nieren)
- Proteinabbauende Enzyme: Peptidasen (spalten unter H2O-Anlagerung). Exo- von Ende (Carboxypeptidasen = C-Terminus, Amminopeptidasen = N-Terminus) Endo
- Peptidasen als inaktive Vorstufen (Zymogene), da sonst Selbstverdauung, weil Körper zu grossem Teil aus EW
- Proteasomen: EW muss mit Ubiquitin markiert sein. Ubiquitin kann wieder verwendet werden, da nicht abgebaut
- Glykoprotein in Lysosomen der Leberzellen abgebaut
Harnstoffzyklus
NH4 + + HCO3- + 3ATP + Aspartat + 2H2O ⇒
Harnstoff + 2ATP (NADH/H+) + AMP + 4P + Fumarat
- in der Leber in 5 Reaktionen aus NH3 Harnstoff
- Schritt 1+2 im Mito, 3-5 im Zytosol
- in Peripherie N auf Glutamat -> Glutamin -> transportiert N zu Leber, dort Glutamin zu Glutamat
- N erst zu Harnstoff, wenn Körper keine verwendung mehr
Harnstoffzyklus
Glutamat desaminiert -> a-Ketoglutarat + NH3 (=1N für Harnstoff). 2N von Asparat
1. im Mito: Nh3 + CO2 binden =Schritmacherreaktion, allosterisch reguliert. nach weiterer Reaktion (2), welche 2 ATP benötigt, via Trägerprotein von Mito in Zyto
3. im Zyto: Reaktion braucht 1 ATP -> alle ATP für Harnstoff verbraucht (insgesamt 3 nötig)
4. Fumarat abgespalten (über Malat + Oxalacetat wieder zu Fumarat)
5. H2O-Anlagerung an Arginin -> Isoharnstoff -> spontan zu Harnstoff
Harnstoffbilanz
Verbraucht:
- NH3, Aspartat, CO2, 3 ATP
Benötigt:
- Ornithin, Citrullin, Argininosuccinat, Arginin
Gewonnen: 1 NADH/H+ (=2,5 ATP) deshalb eigentlich nur 1 ATP verbraucht
Stickstoff
- erst zu Harnstoff, wenn Körper nicht mehr benötigt
- Verwendung von N:
Enzyme, nehmen N von Glutamin. z.B. N für Arginin-Biosyynthese, für Kreatin-Biosynthese
Zellen, die häufig teilen benötigen viel N (N für Zellteilung) -> Darmzellen und Nierenzellen nehmen deshalb viel Glutamin auf
Ammoniak (NH3)
- im Blut protoniert = Ammoniumion -> gut wasserlöslich, kann nicht in Membranen eindringen und dort neurotoxisch wirken
- NH3 hoch reaktiv -> bindet an aktives zentrum von Enzymen -> unwirksam
biogene Amine
decarboxylierte AS (CO2 abgespaltet)
beim Abbau entsteht H2O2 (Wasserstoffperoxid), da 2H auf O2 übertrgen. Enzym MAO.
MAO-A = baut im ZNS Adrenalin + Serotonin ab
MAO-B = baut in Leber + Hirn Dopamin ab
wichtige biogene Amine
GABA: aus Glutamat, (im ZNS v.a. im Rückenmark)
Histamin: aus Histidin, Gewebshormon
Dopamin: aus Phenylalanin + Tyrosin, Neurotransmitter
Serotonin: aus Tryptophan, Neurotransmitter + Gewebshormon
Taurin: aus Cystein, verbessert Wasserlöslichkeit von schlecht löslichen Stoffen (z.B. Gallensäure)
Ethanolamin: aus Serin, für Biosynthese Membran-Phospholipiden.
