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Chemie · Jahrgang 12 · Basiswissen

Proteine – Fäden und Helfer des Lebens

Das lernst du

  1. Ich beschreibe die Struktur von α-Aminosäuren und weise die Aminogruppe nach.
  2. Ich erkläre Aggregatzustand, Löslichkeit und Säure-Base-Verhalten mit dem Zwitterion.
  3. Ich teile Aminosäuren nach den Eigenschaften ihrer Reste ein.
  4. Ich erkläre die Peptidbildung und die Peptidspaltung und weise Peptidbindungen nach.
  5. Ich beschreibe die vier Strukturebenen der Proteine mit ihren Wechselwirkungen.
  6. Ich ordne Proteine nach ihrer Funktion ein und nenne essenzielle Aminosäuren.
  7. Ich erkläre die Denaturierung von Proteinen.
  8. Ich beschreibe Chiralität und stelle Aminosäuren in der Fischer-Projektion dar (Leistungskurs).
  9. Ich wende das EPA-Modell auf die Peptidbindung und das α-Kohlenstoff-Atom an (Leistungskurs).

Merksätze

α-Aminosäuren

Aminogruppe und Carboxygruppe sitzen am selben Kohlenstoff-Atom.

Der Rest unterscheidet die zwanzig Aminosäuren der Proteine.

Zwitterion

Aminosäuren liegen als Zwitterion vor, nach außen ohne Ladung.

Deshalb sind sie Feststoffe mit hohem Schmelzpunkt und löslich in Wasser.

Reste

Der Rest bestimmt, ob eine Aminosäure unpolar, polar, sauer oder basisch ist.

Er legt Löslichkeit, Ladung und Wechselwirkungen fest.

Peptidbindung

Aminosäuren verbinden sich unter Wasserabspaltung zur Peptidbindung –CO–NH–.

Wasser spaltet sie wieder, das ist die Hydrolyse.

Strukturebenen

Die Reihenfolge der Aminosäuren ist die Primärstruktur.

Wasserstoffbrücken im Rückgrat bilden die Sekundärstruktur, die Reste die Tertiärstruktur. Mehrere Ketten bilden die Quartärstruktur.

Funktion

Skleroproteine sind faserig und unlöslich, Sphäroproteine kugelig und löslich.

Essenzielle Aminosäuren stellt der Körper nicht selbst her.

Denaturierung

Hitze, Säure oder Alkohol entfalten das Protein, die Primärstruktur bleibt.

Schwache Wechselwirkungen lösen sich, die Peptidbindungen halten.

Chiralität

Vier verschiedene Substituenten am Kohlenstoff-Atom machen ein Molekül chiral.

Proteine bestehen aus L-Aminosäuren: In der Fischer-Projektion steht die Aminogruppe links.

EPA-Modell

Die Peptidgruppe ist planar und nicht drehbar, das α-Kohlenstoff-Atom ist tetraedrisch.

Drehbar sind nur die Bindungen am α-Kohlenstoff-Atom.

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Proteine – Fäden und Helfer des Lebensα-AminosäurenWas weißt du dazu? Erst selbst sagen, dann umdrehen.

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So geht es – ein Beispiel je Aufgabenart

α-Aminosäuren: Bau und Nachweis

Welchen Rest trägt Tyrosin, eine α-Aminosäure mit der Aminogruppe und der Carboxygruppe am α-Kohlenstoff-Atom?

  1. Jede α-Aminosäure hat dasselbe Gerüst aus Aminogruppe, Carboxygruppe und Wasserstoff-Atom.
  2. Verschieden ist nur der Rest, bei Tyrosin ist es –CH₂–C₆H₄–OH.
  3. Der Rest von Tyrosin lautet –CH₂–C₆H₄–OH.

Ergebnis: –CH₂–C₆H₄–OH

Aminosäuren nach ihren Resten einteilen

Der Rest von Arginin ist –(CH₂)₃–NH–C(=NH)–NH₂. Zu welcher Gruppe zählt Arginin?

  1. Der Rest trägt eine basische Stickstoffgruppe.
  2. Daran lässt sich Polarität und Ladung des Rests ablesen.
  3. Arginin gehört zur Gruppe: basisch.

Ergebnis: Basisch, der Rest nimmt in Wasser Protonen auf

Zwitterion: Löslichkeit, Schmelzpunkt, Säure-Base-Verhalten

Phenylalanin hat den isoelektrischen Punkt bei pH 5,48. Welche Form liegt in einer Lösung mit pH 7,5 überwiegend vor?

  1. Der pH-Wert liegt über dem isoelektrischen Punkt.
  2. Die Lösung hat wenige Protonen: Die Ammoniumgruppe gibt eines ab.
  3. Die Aminosäure ist überwiegend negativ geladen.

Ergebnis: Überwiegend als Anion negativ geladen

Peptidbildung, Peptidspaltung und Biuret-Nachweis

Lysin (M = 146 g/mol), Leucin (M = 131 g/mol) und Valin (M = 117 g/mol) bilden ein Tripeptid. Bestimme: Welche molare Masse hat es?

  1. 2 Peptidbindungen, also 2 Wassermoleküle mit je 18 g/mol.
  2. M = 146 g/mol + 131 g/mol + 117 g/mol − 36 g/mol.
  3. M = 358 g/mol

Ergebnis: 358 g/mol

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