Proteine (Fach) / Proteine TUM (Lektion)

Proteine, Skerra, TUM

Diese Lektion wurde von FelixSimsam erstellt.

Lektion lernen

zurück  |  weiter 1 / 2

• Aufgaben von Proteinen 1. Reaktionskatalyse (Enzyme) 2. Bindung (Enzyminhibitoren, Antikörper) 3. Stofftransport (Hämoglobin) 4. Abwehr (Immunglobuline, Toxine) 5. Speicherung (Casein) 6. Struktur (Kollagen) 7. Mechanik (Actin, Myosin) 8. Regulation (Hormone) 9. Signaltransduktion (Membranrezeptoren) 10. Membrankanäle, aktiv -passiv (Transporter, Porine) 11. Elektronentransport (Atumungskette)
• Gedankenexperiment (Holbrook, 1992) Ozean enthält dichte E.coli Kultur, die mit M13 Bakteriophage infiziert ist. maximale Replikationsrate: 3 Generationen pro Stunde hohe Mutationsfrequenz: jeder Phage kodiert für ein neues Protein --> 10^55 unterschiedliche Proteine vgl. Polypeptid mit 200 Aminosäuren: 20^200 = 10^260 --> 10^260 PROTEINE WURDEN NIEMALS IN DER NATUR SYNTHETISIERT.
• (Oligo-)Peptid kurze Kette, definierte Sequenz, keine definierte Struktur --> Eigenschaften ergeben sich aus Summe der AS
• REST: einzelne Aminosäureeinheiten (manchmal nur die Seitenkette)
• Polyaminosäure durch Polymerisation aus einer oder wenigen unterschiedlichen Aminosäuren, zufällige Sequenz, variierende Länge
• Polypeptid längere Kette, definiert Sequenz
• Protein (natürliches) Polypeptid mit definierter 3D Struktur --> biochemische Funktion!
• Primärstruktur kovalente Struktur, d. h. Aminosäuresequenz, sowie ggf. Disulfidbindungen posttranslationale Modifikationen - "konjugierte" Proteine: prosthetische Gruppe
• Sekundärstruktur lokale (periodische) Konformation des Rückgrats v.a. alpha Helix und beta Faltblatt (turns)   - Supersekundärstruktur: stabile Anordnung aus Sekundärstruktur - Elementen (Coiled coils)
• Tertiärstruktur vollständige Raumstruktur eines Polypeptids - Domäne: klar umrissene und i.d.R. stabil gefaltete Struktureinheit
• Quartätstruktur räumliche Anordnung von Untereinheuten bei oligomeren Proteinen
• Peptidbindung
• Konfiguartionen von Peptidbindungen
• Die proteinogenen Aminosäuren - Aliphatische Seitenketten Aliphatisch (nur aus C)
• AS - Thiol- Seitenketten
• AS polare (ungeladene) Seitenketten
• AS -geladene Seitenketten
• AS -aromatischen Seitenketten
• Formulieren Sie alle aromatischen Aminosäuren unter Angabe des vollständigen Namens und der Zahl der jeweils beteiligten π-Elektronen. 6 pi, 6pi, 6pi, Trp 10 o 6?  
• Welche dieser (aromatischen) Aminosäuren haben Säure/Base-Eigenschaften? Formulieren Sie das dazu konjugierte Ion und geben Sie einen Richtwert für den pKS an. Histidin: protonierte Form hat Funktion als Base, pKS: 6,0 Tyrosin: deprotoniert Funktion als Säure, pKS: 10,1  
• Welche dieser (aromatischen) Aminosäuren kommt besonders häufig im aktiven Zentrum von Proteinen vor und weshalb? Histidin: ·       -  Nukleophil ·         -Ein N ist H-Brücken-Donor, das andere Akzeptor ·       -  2 Tautomere mit unterschiedlichem pKS (Unterschied 0,6 pH) – abhängig von umgebenden AS ·        - Funktion als Base bei Protonierung, pKS dann annähernd neutral
• Formulieren Sie die in der Proteinchemie häufig verwendete Kopplung von Aminogruppen und Carbonsäuregruppen unter Einsatz eines Carbodiimids und von N-Hydroxysuccinimid. Benennen Sie das Reaktionsprodukt sowie die zwei charakteristischen Intermedi
• Nennen Sie zwei typische Aminosäureseitenketten, die für diese Reaktion in Frage kommen. Aspartat und Glutamat
• Erläutern Sie die Begriffe Primär-, Sekundär- Tertiär- und Quartärstruktur sowie Domäne und Supersekundärstruktur mit jeweils maximal drei Sätzen und nennen Sie dazu je ein anschauliches Beispiel. Worin besteht der Unterschied zwischen einem Polype Primärstruktur: kovalente Struktur, d.h. Aminosäuresequenz, sowie ggf. Disulfidbindungen und posttranslationale Modifikationen   Sekundärstruktur:  lokale (periodische) Konformation des Rückgrats v.a. α-Helix, β-Faltblatt (auch „Turns“) → Supersekundärstruktur: stabile Anordnung aus Sekundärstruktur-Elementen, z.B. Coiled Coils, Greek Key oder β-Meander   Tertiärstruktur: vollständige Raumstruktur eines Polypeptids, z.B. Subtilisin → Domäne: klar umrissene, i.d.R. stabil gefaltete Struktureinheit   Quartärstruktur: räumliche Anordnung von Untereinheiten bei oligomeren Proteinen, z.B. Hämoglobin bestehend aus 4 UE   Polypeptid: längere Kette mit definierter Sequenz Protein: Polypeptid mit definierter 3D-Strukur → biochem. Funktion
• Beschreiben Sie die Energetik einer Proteinfaltungsreaktion am Beispiel eines kleinen Proteins, das dem Zweizustandsmodell gehorcht, unter Angabe der grundlegenden Beziehungen (Definition des Massenwirkungsgesetzes und seines Zusammenhangs mit der  
• Welche beiden Effekte sind zu berücksichtigen, wenn man aliphatische bzw. hydrophobe Seitenketten mit unterschiedlicher Größe gegeneinander austauscht? ·         Es gibt Kavitäten, die mit größeren Resten gefüllt werden können, die Packungsdichte eines Proteins kann also erhöht werden → stabilisierend (Die Füllung der Kavität kann aber auch leicht eine „Überpackung“ darstellen und nicht stabilisierend wirken) ·         Durch den Austausch hydrophober Seitenketten können neue Kavitäten geschaffen werden oder bestehende vergrößert werden → destabilisierend
• Nennen Sie das eindrucksvolle Beispiel, mit dem man einen dieser beiden Effekte nachträglich kompensieren konnte Durch die Aufnahme von Benzol als einfaches Seitenkettenanalogon für Phe in den Hohlraum und Bindung führt zu einer Verkleinerung der Kavität → Hydrophobe Kavitäten lassen sich zur Aufnahme von Liganden durch Protein-Engineering quasi maßschneidern.
• Wie läßt sich Cystein durch selektive chemische Derivatisierung in eine negativ geladene, eine positiv geladene sowie eine ungeladene Seitenkette umwandeln? Geben Sie jeweils den Namen des Reagens, die Formel des Produkts und den Typ des Reaktions ·         Negativ geladen: Carboxymethylierung mit Jodacetat ·         Positiv geladen: Ethylenimin ·         Ungeladen: Michael-Addition mit N-Ethylmaleimid    
• Was ist dabei die eigentliche reaktive Spezies und durch welchen Parameter wird deren Konzentration mitbestimmt? Der Cys-Rest ist die reaktive Spezies: Reaktionen als Nukleophil (Thiolat-Anion), Bestimmung der Konzentration über den pH-Wert
• Benennen und formulieren Sie drei Reagenzien, die zur Reduktion von Disulfidbindungen zu freien Cysteinresten gebräuchlich sind. Welches davon wird bevorzugt im Sauren eingesetzt? β-Mercaptoethanol Dithiothreitol: Tris-carboxylethyl-phosphin, bevorzugt im Sauren eingesetzt, da selektive Reaktion bei pH 5
• Formulieren Sie die Bildung einer Isopeptidbindung anhand einer Asn-Gly-Sequenz.
• Erläutern Sie in jeweils einem Satz folgende Begriffe und nennen Sie dazu jeweils ein Beispiel: Primärstruktur, Sekundärstruktur, Tertiärstruktur, Quartärstruktur, Supersekundärstruktur, Domäne. Wo ordnen Sie dabei die Begriffe prosthetische Grupp Primärstruktur: kovalente Struktur, d.h. Aminosäuresequenz, sowie ggf. Disulfidbindungen und posttranslationale Modifikationen → prosthetische Gruppe (ein Metall-Ion o. eine andere org. Gruppe, die kovalent an ein Protein gebunden und essentiell für dessen Aktivität) → Glykosylierung: posttranslationale Modifikation   Sekundärstruktur:  lokale (periodische) Konformation des Rückgrats v.a. α-Helix, β-Faltblatt (auch „Turns“) → Supersekundärstruktur: stabile Anordnung aus Sekundärstruktur-Elementen   Tertiärstruktur: vollständige Raumstruktur eines Polypeptids → Domäne: klar umrissene, i.d.R. stabil gefaltete Struktureinheit   Quartärstruktur: räumliche Anordnung von Untereinheiten bei oligomeren Proteinen → Allosterie: Veränderung der Raumstruktur unter Beeinflussung des aktiven Zentrums
• Formulieren Sie eine Peptidbindung in den relevanten Grenzstrukturen
• Welche elektronischen Verhältnisse folgen daraus und welche Konsequenz hat dies für die Stereochemie? Carboynl-Sauerstoff: negative Partialladung Amid-Sticksoff: positive Partialladung → führt zu einem Peptiddipol und bei Ausbildung einer α-Helix zu einem Helix-Dipolmoment (0,5-0,7 Elementarladungen an den Enden, N-Terminus positiv) → Wechselwirkungen mit induzierten Dipolmomenten: van der Waals-Ww.   Peptidbindung hat Doppelbindungscharakter: ω ist auf 0° (cis) und 180° (trans) beschränkt
• Welches ist die allgemein bevorzugte Konfiguration, welche Aminosäure nimmt hierbei eine Sonderstellung ein und weshalb? trans-Peptidbindung Prolin: besteht aus einem Imidazolring und hat im Gleichgewicht ca 20% cis-Konfiguration, da die trans-Bindung sterisch nicht unbedingt günstiger ist (sterische Hinderung zw. Cα und dem Imidazolring)
• Nennen Sie zwei Reagenzien sowie deren Reaktionstyp, mit denen eine reduzierte Cystein-Seitenkette selektiv chemisch derivatisiert werden kann. ·         N-Ethylmaleimid: Michael-Addition ·         DTNB: reversible Thiol/Disulfid-Austauschreaktion ·         Jodacetat: Carboxymethylierung
• Erläutern Sie in jeweils maximal zwei Sätzen die folgenden Begriffe: Anfinsen's Hypothese, Levinthal's Paradoxon, Öltröpfchen-Modell, freie Transferenergie, Faltungshystherese. Anfinsen’s Hypothese: Die Information für die Tertiärstruktur ist allein in der Aminosäuresequenz festgelegt! D.h. i.d.R. thermodynamische Kontrolle (außer Proproteine wie Insulin; Prionen)   Levinthal’s Paradoxon: Die astronomische Zahl von (fluktuierenden) Konformationszuständen eines denaturierten Proteins verhindert dessen Annahme des nativen Zustands in einem realistischen Zeitabschnitt, sofern nicht definierte Faltungswege existieren (gerichteter Faltungsprozess, der ggf. über Intermediate verläuft)   Öltröpfchenmodell: Zusammenlagerung unpolarer Moleküle in Wasser und wässrigen Lösungen, da Wassermoleküle in der direkten Nachbarschaft keine H-Brücken zu unpolaren Molekülen ausbilden können und sich so untereinander etwas stärker binden. → Hydrophober Effekt   Freie Transferenergie: Energieunterschied des Wechsels von einem Medium in das andere z.B. von purem Wasser in die Lösung des Ko-Solvens in Wasser des Proteins   Faltungshysterese: Kriterium für die thermodynamische Reversibilität (bei Vergleich von Ent- und Rückfaltung (Hysterese= Verharrungszustand bei Wegnahme der Energiezufuhr)
• Skizzieren Sie eine Peptidgruppe mit Umgebung und bezeichnen Sie dabei folgende Merkmale: Peptidbindung, Phi, Psi, Omega, Chi-Winkel.
• Geben Sie die Mesomerie-Formel an, mit der man den partiellen Doppelbindungscharakter erklären kann, und bezeichnen Sie alle Atome, die dabei in einer Ebene liegen.
• Wo liegen die Extreme des Peptiddipols und welche Teilladungen tragen diese? Carboynl-Sauerstoff: negative Partialladung Amid-Sticksoff: positive Partialladung
• Bei welcher Aminosäure ist ein Omega-Winkel von 0° erlaubt und aus welchem Grund und wie bezeichnet man diese Situation? Bei Prolin (Prolin ist eine Iminosäure): Prolin ca. 20% cis im Gleichgewicht → cis-Peptidbindung
• Wie heißt das Phi/Psi-Energiediagramm? Skizzieren Sie dieses mit den beiden energetisch erlaubten Hauptkontinenten und geben Sie dabei grob an, wo die Wertepaare für alpha-Helices und beta-Faltblätter liegen. Ramachandran-Diagramm
• Welche Werte kann der Chi1-Winkel annehmen, und welche Geometrie wird dabei bevorzugt eingenommen; für welche beiden Aminosäuren gilt dies nicht und weshalb? ·         Werte des Χ₁-Winkels: ∙          Rotamer g⁺ (gauche⁺): -120° - 0° ∙          Rotamer trans: 120°-240° ∙          Rotamer g⁻ (gauche⁻): 0° - 120° ·         Glycin und Prolin haben keinen Χ₁-Winkel: Glycin wegen der fehlenden Seitenkette und Prolin aufgrund seiner zyklischen Anordnung des Restes (Imidazolring)
• Formulieren Sie die Reduktion einer Disulfidbindung durch 2-Mercaptoethanol
• Was ist das analoge physiologischeThiolreagenz in vivo? PDI (Proteindisulfidisomerasen) GSH (Glutathion)
• Wie heißt ein dem 2-Mercaptoethanol chemisch verwandtes Thiolreagenz, das in der Biochemie häufig eingesetzt wird, und weshalb ist dieses sowohl thermodynamisch als auch kinetisch wesentlich effizienter? DTT (Dithiothreitol) Entropische Stabilisierung des Produkts aufgrund der energetisch günstigen Zyklisierung → oxidierte Form von DTT ist energetisch stark begünstigt.
• Unter welchen pH-Bedingungen läuft die Reduktion bevorzugt ab, und welche beiden Enzyme katalysieren diese in Bakterien bzw. in höheren Zellen? pH  7 Thio-Disulfid-Oxidoreduktasen (Dsb-Systeme) PDI
• Benennen und formulieren Sie das Reagenz, mit dem man freie Cysteinreste quantifizieren kann und geben Sie die entsprechende physikalische Methode an. DTNB
• Beschreiben Sie die Energetik einer Proteinfaltungsreaktion am Beispiel eines kleinen Proteins, das dem Zweizustandsmodell gehorcht, unter Angabe der grundlegenden Beziehungen (Definition des Massenwirkungsgesetzes und seines Zusammenhangs mit der
• Wie sieht eine typische Denaturierungskurve aus (Beschriftung der Achsen und der charakteristischen Punkte der Kurve)?

zurück  |  weiter 1 / 2