Aminosäuren als Bausteine
Enzyme, Kanäle, Pumpen — fast alle Werkzeuge der Zelle sind Proteine, gebaut aus nur 20 verschiedenen Bausteinen.
- Aminosäure:zentrales C-Atom mit Aminogruppe (–NH₂), Carboxygruppe (–COOH), H-Atom und einem Rest R.
- Rest R:unterscheidet die 20 Aminosäuren: unpolar, polar, positiv oder negativ geladen; Cystein trägt eine SH-Gruppe.
- Peptidbindung:verknüpft die Carboxygruppe einer Aminosäure mit der Aminogruppe der nächsten; dabei wird Wasser abgespalten.
- Polypeptid:Kette aus vielen Aminosäuren; ein Protein besteht aus einer oder mehreren solcher Ketten.
Wie viele verschiedene Ketten sind möglich, wenn an jeder Stelle jede der 20 Aminosäuren stehen kann?
Herleitung:Eine Stelle, 20 Möglichkeiten.
Jede der 20 Möglichkeiten an Stelle 1 lässt sich mit jeder an Stelle 2 kombinieren.
Jede weitere Stelle vervielfacht die Zahl um 20.
Schon ein kleines Protein hat mehr mögliche Sequenzen, als es Atome im Weltall gibt.
Allgemein für eine Kette aus n Aminosäuren.
Mögliche Sequenzen: \(20^{n}\) für eine Kette aus n Aminosäuren.
Vier Ebenen der Struktur
Die Kette faltet sich von selbst in eine feste Form — und erst diese Form macht das Protein funktionsfähig.
- Primärstruktur:Reihenfolge (Sequenz) der Aminosäuren; festgelegt durch das Gen.
- Sekundärstruktur:α-Helix und β-Faltblatt; Wasserstoffbrücken zwischen den Peptidbindungen des Rückgrats.
- Tertiärstruktur:räumliche Faltung der ganzen Kette; Bindungen zwischen den Resten: Wasserstoff- und Ionenbindungen, Disulfidbrücken, hydrophobe Wechselwirkungen.
- Quartärstruktur:mehrere Ketten lagern sich zusammen, z. B. vier bei der Katalase und beim Hämoglobin.
- Denaturierung:Hitze, Säuren, Laugen oder Schwermetalle zerstören die räumliche Struktur; die Sequenz bleibt, die Funktion geht meist dauerhaft verloren.
Das Modell zeigt das Enzym Katalase aus vier gleichen Ketten. Ziehe den Griff unten nach rechts — oder wähle ihn mit Tab und nutze →/←. Beobachte, welche Bindungen auf jeder Ebene gelöst werden.
Halte fest: Jede Strukturebene baut auf der vorigen auf und wird von eigenen Bindungen zusammengehalten. Die Primärstruktur mit ihren Peptidbindungen bleibt beim Denaturieren erhalten — die Form und damit die Funktion nicht.
Allgemeine Hinweise
Denaturieren ist kein Zerlegen
Beim Denaturieren bleiben die Peptidbindungen erhalten. Zerlegt in Aminosäuren wird ein Protein erst bei der Verdauung.
Rückgrat oder Rest?
Sekundärstruktur: H-Brücken im Rückgrat. Tertiärstruktur: Bindungen zwischen den Resten R.
Struktur bestimmt Funktion
Schon eine veränderte Aminosäure kann die Faltung und damit die Wirkung eines Proteins verändern.
