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Die Struktur von Proteinen

Zwei Aufgaben zu Lysozym und zu Anfinsens Faltungsversuch.

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1

Das Enzym Lysozym

AFB I–II

Lysozym aus Tränenflüssigkeit und Eiklar zerstört die Zellwand von Bakterien. Es besteht aus einer Kette von 129 Aminosäuren, besitzt vier Disulfidbrücken, mehrere α-Helices und ein kurzes β-Faltblatt.

  1. Nenne die vier Strukturebenen von Proteinen.
  2. Gib an, welche Strukturebenen Lysozym besitzt, und begründe kurz.
  3. Berechne die Zahl der Peptidbindungen und der Cysteine, die an den Disulfidbrücken beteiligt sind.
  4. Erkläre, warum Lysozym nach dem Kochen seine Wirkung verliert.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Primär bis Quartär.
Hinweis zu Aufgabe b)
Wie viele Ketten?
Hinweis zu Aufgabe c)
Jede Brücke verbindet zwei Cysteine.
Hinweis zu Aufgabe d)
Welche Bindungen hält die Hitze nicht aus?

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

Primärstruktur, Sekundärstruktur, Tertiärstruktur, Quartärstruktur.

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

Primär-, Sekundär- (Helices, Faltblatt) und Tertiärstruktur (Disulfidbrücken, Faltung). Keine Quartärstruktur, da es nur aus einer Kette besteht.

Erwartungshorizont zu Aufgabe c)

129 − 1 = 128 Peptidbindungen; 4 Brücken · 2 = 8 Cysteine.

Erwartungshorizont zu Aufgabe d)

Hitze löst Wasserstoffbrücken, Ionenbindungen und hydrophobe Wechselwirkungen; die Faltung geht verloren, das aktive Zentrum hat nicht mehr die passende Form. Das Enzym ist denaturiert und unwirksam, obwohl die Sequenz erhalten bleibt.

2

Anfinsens Versuch

AFB II–III

Christian Anfinsen behandelte das Enzym Ribonuklease mit Harnstoff und einem Stoff, der Disulfidbrücken löst: Das Enzym entfaltete sich vollständig und verlor seine Wirkung. Entfernte er beide Stoffe langsam, gewann das Enzym nach einiger Zeit fast seine volle Wirkung zurück.

  1. Beschreibe die Ergebnisse des Versuchs.
  2. Deute die Ergebnisse im Hinblick auf die Bedeutung der Primärstruktur.
  3. Vergleiche das Ergebnis mit dem Kochen eines Eis.
  4. Beurteile die Aussage: „Die Funktion eines Proteins steckt in seiner Sequenz.“

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Vorher, während, nachher.
Hinweis zu Aufgabe b)
Was blieb während des Versuchs erhalten?
Hinweis zu Aufgabe c)
Warum ist das eine umkehrbar, das andere nicht?
Hinweis zu Aufgabe d)
Sequenz → Faltung → Funktion.

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

Nach der Behandlung ist das Enzym entfaltet und unwirksam. Nach dem langsamen Entfernen der Stoffe faltet es sich neu und ist wieder fast voll wirksam.

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

Die Primärstruktur blieb unverändert; aus ihr allein fand die Kette wieder in die richtige Faltung. Die Sequenz enthält also die Information für die räumliche Struktur.

Erwartungshorizont zu Aufgabe c)

In beiden Fällen geht die Faltung verloren. Bei Anfinsen blieben die Moleküle einzeln in Lösung und konnten sich neu falten; beim Kochen verhaken sich viele entfaltete Ketten miteinander, die Denaturierung ist nicht umkehrbar.

Erwartungshorizont zu Aufgabe d)

Die Aussage trifft im Kern zu: Die Sequenz legt die Faltung fest und damit die Funktion. Wirksam ist aber erst die gefaltete Form; unter ungünstigen Bedingungen (Hitze, pH) ist dieselbe Sequenz funktionslos.