Das Lehrbuch - Université de Fribourg · Die „frühe“ Biochemie hat sich hauptsächlich auf...
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Das Lehrbuch
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DiehierarchischeOrganisationbiologischerStrukturen
Die dreiEtappen derEvolutionvon Leben
Was ist Biochemie ?
Untersuchung des „Lebens“ aufmolekularer Ebene
Leben, wie wir es kennen, ist an einwässriges Milieu gebunden
Die Moleküledes Lebens
Aminosäuren
Fettsäuren
Carbohydrate
Basen
4. Aminosäuren1. Aminosäuren von Proteinen
A) Generelle EigenschaftenB) PeptidbindungC) Klassifizierung und EigenschaftenD) Säure-Base EigenschaftenE) Nomenklatur
2. Optische AktivitätA) Operationelle KlassifikationB) Die Fischer ProjektionC) Das Cahn-Ingold-Prelog SystemD) Chiralität in der Biochemie
3. “Nonstandard” AminosäurenA) Aminosäuren-Derivative in ProteinenB) Spezialisierte Rolle von Aminosäuren
Die „frühe“ Biochemie hat sichhauptsächlich auf die Untersuchungvon Proteinen konzentriert.
– Uniforme physikochemischeEigenschaften, können mit chemischenMethoden untersucht werden:
– # Lipiden, Polysacchariden,Nukleinsäuren
α-Aminosäuren
o AS sind die monomeren Bausteinevon Proteinen
o Generelle Strukturo 20 Ro # Prolin
Klassen von ASo Nach Polarität der Seitenkette
- Hydrophobe AS im Inneren von Proteinen- Hydrophile und geladene AS auf der Oberfläche
o Nonpolar/hydrophob AS (9)o Ungeladen/hydrophil AS (6)o Geladene AS (5)
Nonpolar AS (9)
o Klein aliphatischer R: Glycin, Alanin,Valin, Leucin, Isoleucin
o Thiol Ether: Methionino Zyklisch Sekundäre AS: Prolino Gross: Phenylalanin (Phenyl Gruppe),
Tryptophan (Indol Gruppe)
Amino acid withnonpolar sidechains (2)
Ungeladen/Polare AS (6)
o Hydroxyl Gruppe: Serin, Threonin,o Amid: Asparagin, Glutamino Phenolisch: Tyrosino Thiol: Cystein
o Basisch: Arginin, Lysin, Histidin (pK ~6.0 !)o Sauer: Asparagin Säure, Glutamin Säure
Geladene AS (5)
Jede der 20 AS hat spezielle undcharakteristische physikochemischeEigenschaften, deren Kombinationdie grosse funktionelle Vielfalt anProteinen ermöglicht.
Die Peptidbindung
o Polymerisierung von AS– Dipeptiden (202), Tripeptiden (203)– Oligopeptiden (3-10)– Polypeptide (linear)
o Protein: eine oder mehrere Polypetide– 40-4000AS, Mw ~4-440 kD (AS ~110D)
o Proteine mit vielen verschiedenenFunktionen basieren auf Variationen derReihenfolge (Sequenz) der 20 StandardAS
Disulfidbrücken
o Inter- Intra-Ketten Vernetzung vonPolypetiden über Cys-Cys
Säure-Base Eigenschaften von AS
o Amphoterische Substanzen, Ampholyteo pK1 Carboxyl Gruppe ~2.2 -> Carboxylat Form pH >3.5o pK2 Amino Gruppe ~9.4 -> Ammonium Form pH <8.0o pKR (Tabelle)o Zwitterionisch, Dipolare Ioneno Wasserlöslicho Salz, Tm ~300°C
Säure-Base Eigenschaften von AS (2)
o zB. GlycinHenderson-Hasselbach Gleichung:pH = pK + log ([A-]/[HA])
o Isoelektrischer Punkt:pI = 1/2 (pKi + pKj)- Amino Gruppe acidifiziert Carboxylgruppe- Carboxylat Gruppe basifiziert die AminoGruppe
o AS sind nie ungeladen in Wasser
Proteine haben komplexeTitrationskurven
o zB. Titrationskurvevon Ribonuklease A inAbhängigkeit vonunterschiedlichenSalzkonzentrationen
o Ca. 30% der ASSeitenketten einesProteins sindionisierbar
Nomenklatur
o Dreibuchstaben Codeo Einbuchstaben Codeo Glx = Gln oder Gluo Asx = Asn oder Aspo In Polypeptiden AS(-in)yl, N->C
– Alanyltyrosylaspartylglycin– Ala-Tyr-Asp-Gly– AYDG
o Griechische Buchstabenfür Carbon Positionen in AS
4.2. Optische Aktivität
o Optisch aktive Substanzen haben einasymmetrisches Zentrum (Chirales Zentrum)und lassen sich mit ihrem Spiegelbild(Enantiomer) nicht zur Deckung bringen
o zB. Enantiomere von Fluorochlorobromomethane
Klassifikation optisch aktiverSubstanzen
o mittels Polarimeter bestimmt- Dextrorotatory, rechtsdrehend- Levorotatory, linksdrehend
o Quantitativ: spezifische Rotation
- Aber keine absolute Konfiguration ableitbar !!!
Die Fischer Konvention
Emil Fischer (1891),Versuch einer relativenKonfigurationsangabe inBezug auf Glycerinaldehyd
Def: Horizontale Linien über,vertikale Linien hinter derProjektionsebene
Alle AS von Proteinen haben eineL-Konfiguration
Die “CORN” EselsbrückeTo draw absolute configuration of amino acidsLook down Cα from HWrite CO-R-N in clockwise orientation
Moleküle mit mehr als einemchiralen Zentrum
o Optische Isomere (Stereo Isomere)unterscheiden sich in derKonfiguration von zumindest einemchiralen Zentrum
o Molekül mit n chiralen Zentren 2n
Stereoisomereo Diastereomere = allo Formen
(unterschiedliche physikochem.Eigenschaften # Enantiomere)
<- Enatiomere ->
<- D
iast
ereo
mer
e ->
Die 3 Stereoisomere vonCystin
• Meso Formen sind intern kompensiertund daher optisch inaktiv
Die Cahn-Ingold-PrelogNomenklatur
o Absolute Nomenklatur für chirale Zentren: R (rectus) S (sinistrus)
o Gewichtungsregeln: 1. Atomzahl, 2. Substituent,W > X > Y > Z (SH>OH>NH2>COOH>CHO>CH2OH>…)
Alle L-AS sind (S)ausser Cyso Look down H from Cα
Die Newman Projektion
o Zur Darstellung von Molekülen mitmehreren chiralen Zentren
Prochirale Zentreno Zwei chemisch identische Substituenten an einem
tetrahedralen Zentrum sind unterschiedlicho Bsp. Ethanol, H sind prochiralo Können über rotation nicht ineinander überführt
werden
re- und si-Ebeneo Die beiden Seiten von planaren Zentren
lassen sich ebenfalls unterscheideno Wichtig bei enzymatischen Reaktionen,
welche in der Regel enantioselektiv sind #chemische Reaktionen (racemisch)
„Leben =Vorkommen von optischaktive Verbindungen ?“
4.3. “Nicht-Standard” Aminosäuren
o Post-translationelle Modifikation von AS, zB. Hydroxyprolin
o D-AS in Peptid Antibiotika von Prokaryonten, zB. Valinomycin, Gramicidin
o Spezialisierte Rolle gewisser AS,• zB. als Neurotransmitter, GABA, Histamin• Metabolische Intermediate, zB. SAM• Toxine, zB. Azaserin
Post-translationelle Modifikation
Biologisch aktive Derivative von Aminosäuren
