Biochemie Flashcards
Die stärkste Bindung in Molekülen ist
kovalent.
– Kovalente Bindungen sind normalerweise
stärker als Wasserstoffbrücken
– Materie innerhalb eines räumlich abgetrennten Bereiches wird bezeichnet als
System
– Für eine spontane Reaktion muss ΔG
negativ sein.
ΔG ist
die freie Gibbs’sche Energie = freie Enthalpie. Die Gibbs’sche freie Energie bzw. Änderung der freien Energie, welche die Energetik und Spontanität einer Reaktion beschreiben kann.
Proteine nehmen eine wichtige Rolle in der Biochemie ein aufgrund
ihrer Fähigkeit, sich spontan zu komplexen dreidimensionalen Strukturen anzuordnen.
Als nicht-kovalente Bindungen bezeichnet man
elektrostatische Wechselwirkungen, Wasserstoffbrücken und Van-Der-Waals-Wechselwirkungen.
Die Energie für eine Wasserstoffbrückenbindung beträgt
etwa 4-20 kJ/mol.
N-H und O-H können
Wasserstoffbrücken ausbilden.
Die Energie der Van-Der-Waals-Wechselwirkung beträgt etwa
2-4 kJ/mol.
Für biologische Interaktionen sind entscheidend.
die Polarität und Kohäsion des Wassers
Das erste Gesetz der Thermodynamik besagt
dass die gesamte Energie eines Systems und seiner Umgebung konstant ist.
Das zweite Gesetz der Thermodynamik besagt
, dass die gesamte Entropie eines Systems und seiner Umgebung für einen spontanen Prozess immer zunimmt.
– Sauerstoff und Stickstoff sind
häufige Akzeptoren von Wasserstoffbrückenbindungen.
– Die Enthalpie ist definiert durch
die Spontanität einer Reaktion, die Entropie eines Systems und den Wärmegehalt eines Systems.
– Wenn eine Reaktion ein negatives ΔG aufweist, wird
sie wahrscheinlich spontan ablaufen.
Unpolare Moleküle im Wasser.
aggregieren
Wenn eine schwache Säure eine pH-Wert von einer Einheit über ihrem pKs-Wert hat, liegen
[A-] und [HA] im Verhältnis 10:1 vor.
Die Stereochemie eines Moleküls lässt sich darstellen mittels
Fischer-Projektion
Henderson-Hasselbalch-Gleichung.
pH = pKs + log ([A-]/[HA])
Im Phosphatpuffer bei einem pH von 7,4 liegen hauptsächlich vor
H2PO4- und HPO42-
Der pH-Wert im Cytosol der menschlichen Zelle entspricht etwa
7.
Wenn eine Reaktion einen Wert von ΔG < 0 aufweist, ist die Produktbildung thermodynamisch bevorzugt.
die Produktbildung thermodynamisch bevorzugt
Bei der Hydrolyse von ATP ändert sich die freie Energie um
-30kJ/mol.
Resonanzstrokturen
beschreiben kovalente Bindungen, die in mehreren Anordnungen vorkommen können, da die Elektronen über mehrerer Atome verteilt werden können, z.B. Peptidbindungen.
Elektrostatische Wechselwirkungen
sind anziehende Kräfte zwischen geladenen Atomen, z.B. Salze wie NaCl.
Das stark polare Wasser
ist ein gutes biologisches Lösungsmittel, das viele biologische Moleküle Polarität aufweisen. Wasser kann deren elektrostatische Wechselwirkungen und Wasserstoffbrücken schwächen. Wasser kann sowohl als Donor (H) als auch als Akzeptor (O) der Wasserstoffbrückenbindungen dienen.
Durch Van-Der-Waals-Wechselwirkungen kann
die Interaktion zwischen zwei Molekülen an der Grenzfläche stabilisiert werden.
– An der Oberfläche eines wasserlöslichen Proteins sind überwiegend zu finden.
polare und geladene funktionelle Gruppen
Elektrostatische Wechselwirkungen beeinflusst die
Proteinfaltung durch Anziehung gegensätzlich geladener funktioneller Gruppen.
Biologische Prozesse können trotz des ersten Gesetztes der Thermodynamik ablaufen, indem
Energie in unterschiedliche Formen umgewandelt wird: Wärme & chemische Energie, um dann Arbeit zu verrichten.
Die Entropie eines kleineren Systems kann sich verringern
auf Kosten wachsender Entropie eines größeren Systems.
Entropiegetrieben ist z.B.
das Mischen zweier Gase.
ΔG = ΔH – T * ΔS < 0 gibt an,
dass eine Reaktion spontan ablaufen und hierbei die Gesamtentropie von System und Umgebung ansteigen kann.
Bei der Proteinfaltung ändern sich
Enthalpie und Entropie durch Wasserstoffbrücken, Van-Der-Waals-Kräfte und hydrophobe Interaktion.
Die Proteinfaltung wird unterstützt durch
hydrophobe Interaktion , indem sich unpolare Aminosäuren im Inneren des Proteins aggregieren. Durch Wärmefreisetzung verändert sich dadurch die Enthalpie.
Bei der Bildung der DNA-Doppelhelix kommt es zu
Entropieverringerung. Es muss also hierzu Wärme freigesetzt werden, um die Gesetze der Themodynamik nicht zu verletzen.
Zwitterionen
Dipolare Moleküle
Disulfidbrücken werden gebildet aus
Cystein-Paaren
Die Sekundärstruktur eines Proteins besteht aus
alpha-Helices, beta-Strängen und Schleifen.
Histidin weist welchen pks-Wert auf
nahe dem neutralen pH-Wert
Tertiärstruktur bezeichnet
Die Gesamtstruktur eines Proteins
Bei der Bildung einer Peptidbindung entsteht auch
Wasser
Der Ramachandran-Plot erlaubt
die Darstellung möglicher Orientierungen von Aminosäure-Paaren
Prolin stört die alpha-Helix, weil
seine Seitenkette durch die besondere Ringstruktur die Bindungsrotation einschränkt.
Extrazelluläre Proteine
vielen Disulfidbrücken.
Tyrosin enthält
eine schwach saure Phenolgruppe.
Keratin ist
ein faseriges Protein und primäre Komponente von Wolle und Haar.
Jede dritte Aminosäure im Kollagen ist
Glycin.
Disulfidbrücken in Proteinen können durch Reagenzien wie ß-Mercaptoethanol .
zu freien Sulfhydril-Gruppen reduziert werden
Ein Protein wird als denaturiert betrachtet, wenn
seine Polypetidkette einem Zufallsknäul entspricht.
– Kollagen enthält
Hydroxyprolin, eine modifizierte Aminosäure.
Stoffe wie Harnstoff und Guanidinium-Hydrochlorid denaturieren Proteine durch
Unterbrechung nicht-kovalenter Wechselwirkungen.
Die antiparallele beta-Faltblattstruktur tritt auf,
wenn zwei Stränge in Gegenrichtung angeordnet sind
Bei einem pH-Wert von 7 findet man in Glycin
eine geladene NH3+ und COO–Gruppe.
Bei einem pH-Wert von 12 findet man im Glycin
nur die geladene COO–Gruppe.
Bei einem pH-Wert von 2-9 findet man Alanin
hauptsächlich im zwitterionischen Zustand.
Serin und Threonin haben
eine reaktive aliphatische Hydroxylgruppe.
Lysin, Arginin und Histidin sind bei neutralem pH-Wert
positiv geladen.
– Im Peptid Phe-Ala-Gly-Arg ist Phenylalanin
die n-terminale Aminosäure.
– Die Masse eines Proteins mit 200 Aminosäuren beträgt
etwa 22000.
Die Peptidbindung ist planar, da
ein partieller Doppelbindungscharakter die Rotation verhindert.
Die Konfiguration der meisten alpha-Kohlenstoffatome in Peptidbindung
ist trans.
Am häufigsten findet man Ω- und ß-Drehungen sowie Schleifen an
der Oberfläche von Proteinen.
Im Zentrum von wasserlöslichen, globulären Proteinen sind zu erwarten.
am ehesten unpolare Aminosäuren wie Phenylalanin
Der Quotient aus Aktivität und Proteinmenge ergibt
die spezifische Aktivität.
Im ersten Schritt der Proteinreinigung wird
ein Homogenisat hergestellt.
Affinitätschromatographie ist .
eine Proteinreinigungsmethode, die die hohe Anziehungskraft vieler Proteine zu bestimmten chemischen Gruppen nutzt
SDS kann
vor einem Gelelktrophoreselauf hinzugefügt werden, um Proteine zu denaturieren.
Um ein ganzes Protein zu sequenzieren, werden
überlappende Peptide genutzt.
Immunglobulin ist
ein anderes Wort für Antikörper.
Epitop ist
ein anderer Name für eine Antigendeterminante.
Dialyse.
Die Trennung der Proteine von kleineren Molekülen und Ionen durch eine semi-permeable Membran
Die Molekülauschlusschromatographie
trennt Moleküle basierend auf deren Größe.
Ninhydrin ist
eine chemische Substanz zum Nachweis von Aminosäuren.
Während des Edman-Abbaus wird
Phenylisothiocyanat PTH für die selektive Entfernung der n-terminalen Aminosäure benutzt.
Bei der Festphasenpeptidsynthese wird
die Carboxylgruppe durch DCC aktiviert und reagiert mit der freien Aminogruppe der Aminosäure, die als nächstes in das Peptid eingebaut werden soll.
Polypeptide können durch Spaltung mit Chymotrypsin in kleine Peptide zerlegt werden.
Dieses spaltet bevorzugt auf der Carboxylseite aromatischer und großer hydrophober Aminosäuren.
Die relative Beweglichkeit vieler Proteine in SDS-Polyacrylamidgelen ist
dem dekadischen Logarithmus der Molekularmasse proportional.
– Wenn Enzyme gereinigt werden, basiert das Assay häufig
– Bromcyan spaltet an der Carboxylgruppe von Met-Aminosäuren.
– Trypsin spaltet an der Carboxylgruppe von Arg- und Lys-Aminosäuren.
– Mittels diagnoaler Elektrophorese können Disulfidbrücken lokalisiert werden.
– Röntgen-Kristallographie und NMR-Spektroskopie liefern Informationen über die Proteinstruktur.
– Zwei Moleküle sind homolog, wenn beide von einem gemeinsamen Vorläufer abstammen.
– Orthologe sind Homologe, die in verschiedenen Organismen vorkommen und ähnliche oder vergleichbare Funktionen haben.
– Paraloge sind Homologe eines Organismus, die verschiedene biochemische Funktionen haben.
– Ein Austausch von Aminosäuren vergleichbarer Größe und Ladung heißt konservativer Ersatz.
– BLAST ist eine Datenbank-Durchsuchung, um homologe Proteinsequenzen zu finden.
– Bei konvergenter Evolution führen unterschiedliche Evolutionswege zur selben Lösung, z.B. Proteine mit ähnlicher Struktur oder Reaktionsmechanismen.
– Ein Stammbaum wird genutzt als graphische Beschreibung, wie die Sequenzen aus evolutionärer Sicht in Verbindung stehen.
– Glutamin zu Asparagin ist ein Beispiel für eine konservative Aminosäuren-Substitution
– In manchen Sequenzalignments ist es nötig, eine Lücke einzubauen.
– Ein deutlich negativer Wert in der Substitutionsmatrix Blosum-62 korreliert mit Substitutionen, die nur selten vorkommen.
– Die Analyse einer Substitutionsmatrix zeigt, dass Cystein und Lysin häufiger konserviert werden, als andere Aminosäurenreste.
– Für die konservative Substitution eines Lysinrestes würde man Arginin wählen.
– Sequenzalignments können Funktionen, Strukturen und Evolutionswege von Proteinen vorhersagen.
– Ein Beispiel für Proteine, die durch konvergente Evolution ähnliche Mechanismen entwickelt haben sind Chymotrypsin und Subtilisin.
– Ein Beispiel für Paraloge würde Hämoglobin und Myoglobin einschließen.
– Cystein lässt sich in Strukturen mit Disulfidbrücken nicht konservativ substituieren.
– Superoxid ist eine reaktive Sauerstoffspezies, die schädlich für biologische Materialien ist.
– Protoporphyrin ist der organische Teil der Hämgruppe im Hämoglobin.
– Im Blut wird Kohlendioxid als Bikarbonat-Ion transportiert.
auf katalytischer Aktivität.
