Biosynthese und Analytik - Kapitel 1

Unpolare, hydrophobe Stoffe neigen sich in polaren Lösungsmitteln zu Aggregaten zusammenzuschliessen (Tröpfchenbildung).

Je mehr Wassermoleküle sich um unpolare Moleküle anordnen müssen, desto geordneter ist das Gesamtsystem (viele einzelne Kontaktflächen = viel Ordnung). Wenn sich nun unpolare Moleküle aneinanderlagern, so werden insgesamt weniger Wassermoleküle zu Ordnung gezwungen (insgesamt weniger Kontaktfläche), d.h. die Entropie (Unordnung) des Systems steigt. Dies ist laut den Gesetzen der Thermodynamik ein stabilerer Zustand.

Ein zentrales C-Atom, oben die Säure (COO^-), links davon das H-Atom, unten der Molekülrest (R) und rechts das Amin (NH_3⁺): COO-_H_R_NH₃⁺ oder einfacher eben CORN. Aminosäuren, bei welchen diese Reihenfolge im Gegenuhrezigersinn verlaufen, werden natürlich gebildet (L-Antiomer). Kann die CORN-Reihenfolge im Uhrzeigersinn abgelesen werden, sprechen wir von D-Antiomer (wird nicht natürlich gebildet).
 

Proteine sind über Peptide gebundene Ketten aus Aminosäuren. Bei der Benennung/Darstellung beginnt man bei der Amin-Gruppe (N-Terminus) und endet bei der letzten Carbonsäure (C-Terminus).

Aminosäuren werden vier Gruppen zugeordnet:

1. Hydrophobe Aminosäuren besitzen einen rein aliphatischen Molekülrest (einfachste organische Verbindung)
2. Polare, ungeladene Aminosäuren sind aufgrund des Molekülrestes polar (OH, NH, SH)
3. Saure Aminosäuren enthalten 2 Säuregruppen (COO^- am Rest)
4. Basische Aminosäuren tragen positive Ladungen am Rest (zu viele H-Atome)

Die Faltung und die so entstehende, dreidimensionale Struktur von Proteinen ist verantwortlich für ihre Funktion:

1. Primärstruktur: Aminosäuresequenz
2. Sekundärstruktur: Alpha-Helix, Beta-Faltblatt, Turns, Loops
3. Tertiärstruktur: 3D-Struktur der Peptidkette (kugelförmig/globulär wie Enzyme oder fadenförmig/fibrillär wie Haare)
4. Quartärstruktur: Anordnung von mehreren Molekül-Untereinheiten zum aktiven Protein.

1. Disulfid-Brücken (2 x -SH -> S-S-Bindung) ermöglichen Dauerwellen
2. Wasserstoff-Brücken sind schon viel schwächer
3. Ionenpaare
4. Dipol-Dipol-Wechselwirkungen
5. Van-der-Waal-Kräfte
6. Hydrophobe Wechselwirkungen

• Erhitzung über 40°C
• Veränderung des pH-Milieus
• Salze
• Reibung

Bei parallelen Faltblättern sind stimmt die Abfolge der Atome in den aneinandergelegten Proteinsträngen überein. Bei antiparallelen Faltblättern wechselt diese Reihenfolge von Strang zu strang.
 

Weil Aminosäuren mindestens eine Carboxylgruppe und eine Aminogruppe besitzen, kommen sie in (mindestens) drei Ionisationsstufen vor. Dazwischen liegt der Isoelektrische Punkt, an welchem die Summe der positiven Ladungen der Substanz der Summe der negativen Ladungen entspricht. Die pK-Werte der Carboxyl- resp. der Aminogruppe sowie der Seitenkette sind charakteristisch für die Aminosäuren und können deshalb zur Bestimmung von Aminosäuren verwendet werden.

Proteine und Peptide bilden mit Biuret-Reagenz (CU²⁺-Ionen in alkalischer Lösung) rot bis violett gefärbte Komplexverbindungen, freie Aminosäuren jedoch nicht. So können durch Photometrie Proteine und Peptide nachgewiesen werden.

Die Carboanhydrase ist ein zinkhaltiges Enzym, welches die Reaktion von Kohlendioxid mit Wasser zu Hydrogenarbonat und Proton H⁺ beschleunigt:

CO₂ + H₂O = HCO₃^- + H⁺

Es ermöglicht so z.B.:

• Den CO2-Transport im Blut (über HCO₃^-)
• Die Bildung von Magensäure (H⁺)
• Die Resorption von Wasser aus dem Primärharn

Carboanhydrase ist aufgrund seiner dreidimensionalen Struktur und aufgrund des eingelagerten Zink-Atomes auf die Reaktion von Wasser und CO₂ zu Hydrogencarbonat und H⁺ ausgelegt. Gewisse Verbindungen passen in das aktive Zentrum, lagern sich an das Zink-Atom an. Dadurch hindern sie die Anlagerung von H₂O und damit die oben beschriebene Reaktion.

Mit steigender H₂O-Konzentration können die Hemmer aus dem aktiven Zentrum verdrängt werden (kompetitiv).

Bei der Photometrie wird Licht einer definierten Wellenlänge durch eine Lösung geschickt. Die Wellenlänge des austretenden Lichtes gibt Aufschluss über die Konzentration eines die definierte Wellenlänge absorbierenden Stoffes in der Lösung. Wenn die Absorbtionsfähigkeit des zu messenden Stoffes bekannt ist, kann mathematisch auf dessen Konzentration in der Lösung geschlossen werden.