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Chemie · Klasse 12 · Kapitel

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Proteine – Fäden und Helfer des Lebens

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○ mit Starthilfe, ● für alle, ★ zum Weiterdenken. Du wählst mindestens eine ★-Aufgabe. Du rechnest ins Heft.

1Ich beschreibe die Struktur von α-Aminosäuren und weise die Aminogruppe nach.

Merkenα-Aminosäuren

Aminogruppe und Carboxygruppe sitzen am selben Kohlenstoff-Atom.

Der Rest unterscheidet die zwanzig Aminosäuren der Proteine.

Beispielα-Aminosäuren: Bau und Nachweis

Welchen Rest trägt Phenylalanin, eine α-Aminosäure mit der Aminogruppe und der Carboxygruppe am α-Kohlenstoff-Atom?
Schritt für Schritt
  1. Jede α-Aminosäure hat dasselbe Gerüst aus Aminogruppe, Carboxygruppe und Wasserstoff-Atom.
  2. Verschieden ist nur der Rest, bei Phenylalanin ist es –CH₂–C₆H₅.
  3. Der Rest von Phenylalanin lautet –CH₂–C₆H₅.
  1. Jede α-Aminosäure hat dasselbe Gerüst aus Aminogruppe, Carboxygruppe und Wasserstoff-Atom.
  2. Verschieden ist nur der Rest, bei Phenylalanin ist es –CH₂–C₆H₅.
  3. Der Rest von Phenylalanin lautet –CH₂–C₆H₅.
Ergebnis:
–CH₂–C₆H₅

AchtungDie Aminogruppe sitzt irgendwo in der Kette

So nicht
Die Aminogruppe steht am anderen Ende der Kette, die Carboxygruppe am Anfang.
So richtig
Bei der α-Aminosäure sitzen Aminogruppe und Carboxygruppe am selben Kohlenstoff-Atom, dem α-Kohlenstoff-Atom.

Zeichne eine Aminosäure und markiere das Kohlenstoff-Atom, das Aminogruppe und Carboxygruppe zugleich trägt.

ÜbenJetzt du

  1. ○1
    Woran lässt sich eine α-Aminosäure erkennen?
    So fängst du an:
    Eine Aminosäure trägt eine Aminogruppe und eine Carboxygruppe.
    Lösung zeigen
    1. Eine Aminosäure trägt eine Aminogruppe und eine Carboxygruppe.
    2. Bei der α-Aminosäure sind beide am selben Kohlenstoff-Atom, dem α-Kohlenstoff-Atom.
    3. Dort sitzen außerdem ein Wasserstoff-Atom und der Rest.
    Ergebnis:
    Die Aminogruppe sitzt am Kohlenstoff-Atom neben der Carboxygruppe
  2. ●2
    Welchen Rest trägt Lysin, eine α-Aminosäure mit der Aminogruppe und der Carboxygruppe am α-Kohlenstoff-Atom?
    Lösung zeigen
    1. Jede α-Aminosäure hat dasselbe Gerüst aus Aminogruppe, Carboxygruppe und Wasserstoff-Atom.
    2. Verschieden ist nur der Rest, bei Lysin ist es –(CH₂)₄–NH₂.
    3. Der Rest von Lysin lautet –(CH₂)₄–NH₂.
    Ergebnis:
    –(CH₂)₄–NH₂
  3. ★3
    Welche Gruppe der Aminosäure reagiert bei der Ninhydrin-Probe unter violetter Färbung?
    Lösung zeigen
    1. Ninhydrin ist ein Nachweis für freie Aminogruppen.
    2. Alle α-Aminosäuren haben eine solche Gruppe am α-Kohlenstoff-Atom.
    3. Deshalb färben sie alle violett.
    Ergebnis:
    Die Aminogruppe am α-Kohlenstoff-Atom

2Ich erkläre Aggregatzustand, Löslichkeit und Säure-Base-Verhalten mit dem Zwitterion.

MerkenZwitterion

Aminosäuren liegen als Zwitterion vor, nach außen ohne Ladung.

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

BeispielZwitterion: Löslichkeit, Schmelzpunkt, Säure-Base-Verhalten

Cystein hat den isoelektrischen Punkt bei pH 5,07. Welche Form liegt in einer Lösung mit pH 3,1 überwiegend vor?
Schritt für Schritt
  1. Der pH-Wert liegt unter dem isoelektrischen Punkt.
  2. Die Lösung hat viele Protonen: Die Carboxylatgruppe nimmt eines auf.
  3. Die Aminosäure ist überwiegend positiv geladen.
  1. Der pH-Wert liegt unter dem isoelektrischen Punkt.
  2. Die Lösung hat viele Protonen: Die Carboxylatgruppe nimmt eines auf.
  3. Die Aminosäure ist überwiegend positiv geladen.
Ergebnis:
Überwiegend positiv geladen, als Kation

AchtungBei niedrigem pH negativ, bei hohem pH positiv

So nicht
In saurer Lösung gibt die Aminosäure Protonen ab und wird negativ.
So richtig
In saurer Lösung nimmt die Aminosäure Protonen auf und wird positiv. In basischer Lösung gibt sie Protonen ab und wird negativ.

Zeichne die Aminosäure bei pH 1 und frag dich: Welche Gruppe nimmt dort ein Proton auf?

ÜbenJetzt du

  1. ○4
    Eine Aminosäure hat den isoelektrischen Punkt bei pH 6,0. Welche Ladung trägt sie bei pH 2,0 überwiegend?
    So fängst du an:
    pH 2 liegt unter dem isoelektrischen Punkt von 6.
    Lösung zeigen
    1. pH 2 liegt unter dem isoelektrischen Punkt von 6.
    2. In saurer Lösung nimmt die Carboxylatgruppe ein Proton auf und wird zur Carboxygruppe.
    3. Die Ammoniumgruppe bleibt positiv, die Nettoladung ist positiv.
    Ergebnis:
    Positiv, weil die Carboxylatgruppe ein Proton aufnimmt
  2. ●5
    Lysin hat den isoelektrischen Punkt bei pH 9,74. Welche Form liegt in einer Lösung mit pH 9,7 überwiegend vor?
    Lösung zeigen
    1. Der pH-Wert entspricht dem isoelektrischen Punkt.
    2. Dort ist die Nettoladung Null.
    3. Das Zwitterion überwiegt.
    Ergebnis:
    Überwiegend Zwitterion ohne Nettoladung
  3. ★6
    Der isoelektrische Punkt von Asparaginsäure liegt bei pH 2,8, nicht bei pH 6. Wie erklärt sich das?
    Lösung zeigen
    1. Der isoelektrische Punkt ist der pH-Wert ohne Nettoladung.
    2. Asparaginsäure hat zwei Carboxygruppen und eine Aminogruppe.
    3. Mehr saure Gruppen verschieben den Punkt zu niedrigem pH.
    Ergebnis:
    Die zweite Carboxygruppe im Rest macht den Stoff saurer

3Ich teile Aminosäuren nach den Eigenschaften ihrer Reste ein.

MerkenReste

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

Er legt Löslichkeit, Ladung und Wechselwirkungen fest.

BeispielAminosäuren nach ihren Resten einteilen

Lysin trägt im Rest eine zweite Aminogruppe: –(CH₂)₄–NH₂. Wie verhält sich dieser Rest in Wasser?
Schritt für Schritt
  1. Die Aminogruppe im Rest ist basisch.
  2. Sie nimmt ein Proton auf: –NH₂ wird zu –NH₃⁺.
  3. Der Rest ist positiv geladen: Lysin zählt zu den basischen Aminosäuren.
  1. Die Aminogruppe im Rest ist basisch.
  2. Sie nimmt ein Proton auf: –NH₂ wird zu –NH₃⁺.
  3. Der Rest ist positiv geladen: Lysin zählt zu den basischen Aminosäuren.
Ergebnis:
Basisch, er nimmt Protonen auf und wird positiv

AchtungAlle Aminosäuren verhalten sich im Wesentlichen gleich

So nicht
Der Rest ist nur ein Anhängsel, alle Aminosäuren verhalten sich gleich.
So richtig
Der Rest bestimmt Löslichkeit, Ladung und die Wechselwirkungen in der Kette. Deshalb faltet jedes Protein anders.

Nenne für zwei Aminosäuren je eine Eigenschaft, die vom Rest abhängt.

ÜbenJetzt du

  1. ○7
    Der Rest von Glutamin ist –CH₂–CH₂–CO–NH₂. Zu welcher Gruppe zählt Glutamin?
    So fängst du an:
    Der Rest trägt eine polare Gruppe, aber keine Ladung.
    Lösung zeigen
    1. Der Rest trägt eine polare Gruppe, aber keine Ladung.
    2. Daran lässt sich Polarität und Ladung des Rests ablesen.
    3. Glutamin gehört zur Gruppe: polar.
    Ergebnis:
    Polar, der Rest löst sich gut in Wasser
  2. ●8
    Der Rest von Lysin ist –(CH₂)₄–NH₂. Zu welcher Gruppe zählt Lysin?
    Lösung zeigen
    1. Der Rest trägt eine basische Stickstoffgruppe.
    2. Daran lässt sich Polarität und Ladung des Rests ablesen.
    3. Lysin gehört zur Gruppe: basisch.
    Ergebnis:
    Basisch, der Rest nimmt in Wasser Protonen auf
  3. ★9
    Welche Wechselwirkung können die Reste von Glutaminsäure (sauer) und Lysin (basisch) in einem Protein eingehen?
    Lösung zeigen
    1. Der Rest von Glutaminsäure trägt –COO⁻, der von Lysin –NH₃⁺.
    2. Entgegengesetzte Ladungen ziehen sich an.
    3. Es entsteht eine Ionenbindung zwischen den Resten.
    Ergebnis:
    Eine Ionenbindung zwischen Carboxylat und Ammonium

4Ich erkläre die Peptidbildung und die Peptidspaltung und weise Peptidbindungen nach.

MerkenPeptidbindung

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

Wasser spaltet sie wieder, das ist die Hydrolyse.

BeispielPeptidbildung, Peptidspaltung und Biuret-Nachweis

Asparaginsäure (M = 133 g/mol), Alanin (M = 89 g/mol) und Prolin (M = 115 g/mol) bilden ein Tripeptid. Bestimme: Welche molare Masse hat es?
Schritt für Schritt
  1. 2 Peptidbindungen, also 2 Wassermoleküle mit je 18 g/mol.
  2. M = 133 g/mol + 89 g/mol + 115 g/mol − 36 g/mol.
  3. M = 301 g/mol
  1. 2 Peptidbindungen, also 2 Wassermoleküle mit je 18 g/mol.
  2. M = 133 g/mol + 89 g/mol + 115 g/mol − 36 g/mol.
  3. M = 301 g/mol
Ergebnis:
301 g/mol

AchtungDie Peptidbildung braucht kein Nebenprodukt

So nicht
Zwei Aminosäuren verbinden sich einfach zum Dipeptid, die Massen addieren sich.
So richtig
Bei der Peptidbildung wird Wasser abgespalten: M(Dipeptid) = M(Aminosäure 1) + M(Aminosäure 2) − 18 g/mol.

Zeichne die beiden Aminosäuren und markiere die Atome, die als Wassermolekül abgehen.

ÜbenJetzt du

  1. ○10
    Bei der Bildung eines Dipeptids aus zwei Aminosäuren entsteht außer dem Dipeptid ein zweiter Stoff. Welcher?
    So fängst du an:
    Die Carboxygruppe der einen Aminosäure reagiert mit der Aminogruppe der anderen.
    Lösung zeigen
    1. Die Carboxygruppe der einen Aminosäure reagiert mit der Aminogruppe der anderen.
    2. Die Atome für ein Wassermolekül gehen dabei ab.
    3. Die Reaktion ist eine Kondensation.
    Ergebnis:
    Wasser, die Reaktion ist eine Kondensation
  2. ●11
    Valin (M = 117 g/mol), Phenylalanin (M = 165 g/mol) und Glutaminsäure (M = 147 g/mol) bilden ein Tripeptid. Bestimme: Welche molare Masse hat es?
    Lösung zeigen
    1. 2 Peptidbindungen, also 2 Wassermoleküle mit je 18 g/mol.
    2. M = 117 g/mol + 165 g/mol + 147 g/mol − 36 g/mol.
    3. M = 393 g/mol
    Ergebnis:
    393 g/mol
  3. ★12
    Aus Glycin und Alanin lassen sich zwei verschiedene Dipeptide bilden. Wodurch unterscheiden sie sich?
    Lösung zeigen
    1. Glycylalanin hat Glycin am Amino-Ende.
    2. Alanylglycin hat Alanin am Amino-Ende.
    3. Die Reihenfolge macht beide zu verschiedenen Stoffen.
    Ergebnis:
    In der Reihenfolge, die Enden sind jeweils verschieden

5Ich beschreibe die vier Strukturebenen der Proteine mit ihren Wechselwirkungen.

MerkenStrukturebenen

Die Reihenfolge der Aminosäuren ist die Primärstruktur.

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

BeispielStrukturebenen der Proteine

Zu welcher Strukturebene eines Proteins gehört die Ordnung eines Kettenabschnitts in Helix oder Faltblatt?
Schritt für Schritt
  1. Primär: Reihenfolge. Sekundär: Rückgrat. Tertiär: Reste. Quartär: mehrere Ketten.
  2. Die Beschreibung wird dem passenden Maßstab zugeordnet.
  3. Das ist die Sekundärstruktur.
  1. Primär: Reihenfolge. Sekundär: Rückgrat. Tertiär: Reste. Quartär: mehrere Ketten.
  2. Die Beschreibung wird dem passenden Maßstab zugeordnet.
  3. Das ist die Sekundärstruktur.
Ergebnis:
Sekundärstruktur, Ordnung des Rückgrats

AchtungStrukturebenen verwechselt

So nicht
Die Primärstruktur beschreibt, wie die Kette im Raum gefaltet ist.
So richtig
Primär ist die Reihenfolge der Aminosäuren, sekundär die lokale Faltung (Helix, Faltblatt), tertiär die Faltung der ganzen Kette, quartär die Zusammenlagerung mehrerer Ketten.

Ordne die vier Begriffe nach dem Maßstab, vom einzelnen Baustein bis zum Komplex mehrerer Ketten.

ÜbenJetzt du

  1. ○13
    Zu welcher Strukturebene eines Proteins gehört die Zusammenlagerung von vier Ketten zum Hämoglobin?
    So fängst du an:
    Primär: Reihenfolge. Sekundär: Rückgrat. Tertiär: Reste. Quartär: mehrere Ketten.
    Lösung zeigen
    1. Primär: Reihenfolge. Sekundär: Rückgrat. Tertiär: Reste. Quartär: mehrere Ketten.
    2. Die Beschreibung wird dem passenden Maßstab zugeordnet.
    3. Das ist die Quartärstruktur.
    Ergebnis:
    Quartärstruktur, mehrere Ketten zusammen
  2. ●14
    Zwischen welchen Atomgruppen bilden sich die Wasserstoffbrücken der α-Helix?
    Lösung zeigen
    1. Das Rückgrat enthält in jeder Peptidgruppe eine N–H-Gruppe und eine C=O-Gruppe.
    2. Zwischen ihnen bilden sich Wasserstoffbrücken.
    3. Das hält die Helix und das Faltblatt zusammen.
    Ergebnis:
    Zwischen N–H- und C=O-Gruppen des Kettenrückgrats
  3. ★15
    Zu welcher Strukturebene eines Proteins gehört der unpolare Kern, in dem sich Reste einer Kette zusammenlagern?
    Lösung zeigen
    1. Primär: Reihenfolge. Sekundär: Rückgrat. Tertiär: Reste. Quartär: mehrere Ketten.
    2. Die Beschreibung wird dem passenden Maßstab zugeordnet.
    3. Das ist die Tertiärstruktur.
    Ergebnis:
    Tertiärstruktur, Faltung der ganzen Kette

6Ich ordne Proteine nach ihrer Funktion ein und nenne essenzielle Aminosäuren.

MerkenFunktion

Skleroproteine sind faserig und unlöslich, Sphäroproteine kugelig und löslich.

Essenzielle Aminosäuren stellt der Körper nicht selbst her.

BeispielFunktion der Proteine und essenzielle Aminosäuren

Keratin in Haaren und Kollagen in Sehnen sind faserförmig und wasserunlöslich. Zu welcher Gruppe zählen sie?
Schritt für Schritt
  1. Faserförmig und unlöslich passt zu einem Gerüst.
  2. Solche Proteine heißen Skleroproteine.
  3. Sie geben Haaren, Sehnen und Haut ihre Festigkeit.
  1. Faserförmig und unlöslich passt zu einem Gerüst.
  2. Solche Proteine heißen Skleroproteine.
  3. Sie geben Haaren, Sehnen und Haut ihre Festigkeit.
Ergebnis:
Zu den Skleroproteinen, die als Gerüst und Schutz dienen

AchtungGerüstproteine und Helferproteine verwechselt

So nicht
Keratin ist ein Sphäroprotein, weil Haare viele Aufgaben haben.
So richtig
Keratin ist ein Skleroprotein: faserförmig, wasserunlöslich, ein Gerüst. Enzyme und Hämoglobin sind kugelige Sphäroproteine.

Ordne zuerst die Form zu, faserig oder kugelig, und danach die Löslichkeit in Wasser.

ÜbenJetzt du

  1. ○16
    Zu welcher Gruppe zählt Albumin, und welche Aufgabe hat es?
    So fängst du an:
    Kugelig und löslich: ein Helferprotein.
    Lösung zeigen
    1. Kugelig und löslich: ein Helferprotein.
    2. Aufgabe: Transport von Stoffen im Blut.
    3. Es zählt zu den Sphäroproteinen.
    Ergebnis:
    Sphäroprotein, Transport von Stoffen im Blut
  2. ●17
    Zu welcher Gruppe zählt Keratin, und welche Aufgabe hat es?
    Lösung zeigen
    1. Faserig und unlöslich: ein Gerüstprotein.
    2. Aufgabe: Gerüst in Haaren und Nägeln.
    3. Es zählt zu den Skleroproteinen.
    Ergebnis:
    Skleroprotein, Gerüst in Haaren und Nägeln
  3. ★18
    Warum ist Gelatine als alleinige Eiweißquelle für den Menschen unvollständig, obwohl sie reich an Protein ist?
    Lösung zeigen
    1. Der Körper braucht alle essenziellen Aminosäuren aus der Nahrung.
    2. In Gelatine fehlt Tryptophan fast vollständig.
    3. Deshalb reicht Gelatine allein als Eiweißquelle nicht aus.
    Ergebnis:
    Ihr fehlt die essenzielle Aminosäure Tryptophan fast ganz

7Ich erkläre die Denaturierung von Proteinen.

MerkenDenaturierung

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

Schwache Wechselwirkungen lösen sich, die Peptidbindungen halten.

BeispielDenaturierung von Proteinen

Was geschieht bei der Denaturierung eines Proteins?
Schritt für Schritt
  1. Wärme, Säure oder Alkohol stören schwache Wechselwirkungen.
  2. Wasserstoffbrücken und Ionenbindungen lösen sich, die Peptidbindungen bleiben.
  3. Die Kette entfaltet sich, die Primärstruktur bleibt erhalten.
  1. Wärme, Säure oder Alkohol stören schwache Wechselwirkungen.
  2. Wasserstoffbrücken und Ionenbindungen lösen sich, die Peptidbindungen bleiben.
  3. Die Kette entfaltet sich, die Primärstruktur bleibt erhalten.
Ergebnis:
Die Raumstruktur geht verloren, die Primärstruktur bleibt erhalten

AchtungDenaturierung spaltet die Peptidbindungen

So nicht
Beim Kochen eines Eis werden die Eiweißmoleküle in Aminosäuren zerlegt.
So richtig
Beim Kochen entfalten sich die Ketten. Die Peptidbindungen bleiben erhalten, die schwachen Wechselwirkungen werden gelöst.

Vergleiche, wie stark die Peptidbindung und eine Wasserstoffbrücke sind, und nenne, welche beim Erhitzen zuerst nachgibt.

ÜbenJetzt du

  1. ○19
    Ein Spiegelei brät in der Pfanne. Wird das Protein dabei denaturiert?
    So fängst du an:
    Prüfe, ob die Einwirkung schwache Wechselwirkungen stört.
    Lösung zeigen
    1. Prüfe, ob die Einwirkung schwache Wechselwirkungen stört.
    2. Dann entfaltet sich das Protein.
    3. Die Primärstruktur bleibt, die Raumstruktur geht verloren.
    Ergebnis:
    Ja, die Raumstruktur geht dabei verloren
  2. ●20
    Eiklar wird auf 80 Grad Celsius erhitzt. Wird das Protein dabei denaturiert?
    Lösung zeigen
    1. Prüfe, ob die Einwirkung schwache Wechselwirkungen stört.
    2. Dann entfaltet sich das Protein.
    3. Die Primärstruktur bleibt, die Raumstruktur geht verloren.
    Ergebnis:
    Ja, die Raumstruktur geht dabei verloren
  3. ★21
    Eiweiß wird in Kochsalzlösung ausgesalzen und danach verdünnt. Wird das Protein dabei denaturiert?
    Lösung zeigen
    1. Prüfe, ob die Einwirkung schwache Wechselwirkungen stört.
    2. Hier geschieht das nicht.
    3. Das Protein behält seine Raumstruktur.
    Ergebnis:
    Nein, die Raumstruktur bleibt erhalten

8Ich beschreibe Chiralität und stelle Aminosäuren in der Fischer-Projektion dar (Leistungskurs).

MerkenChiralität

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

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

BeispielChiralität und Fischer-Projektion (Leistungskurs)

Ist Butan-2-ol chiral?
Schritt für Schritt
  1. Suche ein Kohlenstoff-Atom mit vier Bindungspartnern.
  2. Vergleiche die vier Gruppen: Sind alle verschieden?
  3. Ja, das Molekül ist chiral.
  1. Suche ein Kohlenstoff-Atom mit vier Bindungspartnern.
  2. Vergleiche die vier Gruppen: Sind alle verschieden?
  3. Ja, das Molekül ist chiral.
Ergebnis:
Ja, ein Kohlenstoff-Atom hat vier verschiedene Gruppen

AchtungChiral heißt unsymmetrisch gebaut

So nicht
Ein Molekül ist chiral, wenn es irgendwie unsymmetrisch aussieht.
So richtig
Chiral heißt: Das Molekül lässt sich nicht mit seinem Spiegelbild zur Deckung bringen. Das ist der Fall bei vier verschiedenen Substituenten am Kohlenstoff-Atom.

Zähle die vier Gruppen am α-Kohlenstoff-Atom und prüfe, ob zwei davon gleich sind.

ÜbenJetzt du

  1. ○22
    Ist 2-Amino-2-methylpropansäure chiral?
    So fängst du an:
    Suche ein Kohlenstoff-Atom mit vier Bindungspartnern.
    Lösung zeigen
    1. Suche ein Kohlenstoff-Atom mit vier Bindungspartnern.
    2. Vergleiche die vier Gruppen: Sind alle verschieden?
    3. Nein, das Molekül ist nicht chiral.
    Ergebnis:
    Nein, kein Kohlenstoff-Atom hat vier verschiedene Gruppen
  2. ●23
    Ist Leucin (2-Amino-4-methylpentansäure) chiral?
    Lösung zeigen
    1. Suche ein Kohlenstoff-Atom mit vier Bindungspartnern.
    2. Vergleiche die vier Gruppen: Sind alle verschieden?
    3. Ja, das Molekül ist chiral.
    Ergebnis:
    Ja, ein Kohlenstoff-Atom hat vier verschiedene Gruppen
  3. ★24
    Threonin hat zwei Stereozentren. Wie viele Stereoisomere sind möglich?
    Lösung zeigen
    1. Zwei Stereozentren geben 2² Möglichkeiten.
    2. Das sind vier Stereoisomere.
    3. Jeweils zwei verhalten sich wie Bild und Spiegelbild.
    Ergebnis:
    Vier, die als zwei Enantiomerenpaare vorliegen

9Ich wende das EPA-Modell auf die Peptidbindung und das α-Kohlenstoff-Atom an (Leistungskurs).

MerkenEPA-Modell

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

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

BeispielEPA-Modell an Peptidgruppe und α-Kohlenstoff-Atom (Leistungskurs)

Wie lässt sich die Bindung zwischen α-Kohlenstoff-Atom und Carbonyl-Kohlenstoff-Atom beschreiben?
Schritt für Schritt
  1. Zähle die Bindungspartner und prüfe, ob Elektronen delokalisiert sind.
  2. Vier Partner ergeben ein Tetraeder, drei eine Ebene.
  3. Frei drehbar, reine Einfachbindung.
  1. Zähle die Bindungspartner und prüfe, ob Elektronen delokalisiert sind.
  2. Vier Partner ergeben ein Tetraeder, drei eine Ebene.
  3. Frei drehbar, reine Einfachbindung.
Ergebnis:
Frei drehbar, reine Einfachbindung

AchtungDie Peptidbindung ist frei drehbar

So nicht
Die Bindung zwischen C und N dreht sich wie die Einfachbindung im Alkan.
So richtig
Die C–N-Bindung hat teilweise Doppelbindungscharakter. Die sechs Atome der Peptidgruppe liegen in einer Ebene, Drehungen sind nur am α-Kohlenstoff-Atom möglich.

Zeichne die Grenzformeln der Peptidgruppe und beschreibe, was sie über die Bindung zwischen Kohlenstoff und Stickstoff aussagen.

ÜbenJetzt du

  1. ○25
    Wie lässt sich die C–N-Bindung der Peptidgruppe beschreiben?
    So fängst du an:
    Zähle die Bindungspartner und prüfe, ob Elektronen delokalisiert sind.
    Lösung zeigen
    1. Zähle die Bindungspartner und prüfe, ob Elektronen delokalisiert sind.
    2. Vier Partner ergeben ein Tetraeder, drei eine Ebene.
    3. Nicht frei drehbar, Teil-Doppelbindung.
    Ergebnis:
    Nicht frei drehbar, Teil-Doppelbindung
  2. ●26
    Welche Geometrie hat das α-Kohlenstoff-Atom, das vier Bindungspartner hat?
    Lösung zeigen
    1. Vier Bindungspartner bedeuten vier bindende Elektronenpaare.
    2. Sie stoßen sich möglichst weit ab.
    3. Das ergibt ein Tetraeder mit etwa 109,5 Grad.
    Ergebnis:
    Tetraedrisch, die Bindungswinkel betragen etwa 109,5 Grad
  3. ★27
    Wie lässt sich das Kohlenstoff-Atom der Methylgruppe im Rest von Alanin beschreiben?
    Lösung zeigen
    1. Zähle die Bindungspartner und prüfe, ob Elektronen delokalisiert sind.
    2. Vier Partner ergeben ein Tetraeder, drei eine Ebene.
    3. Tetraedrisch, Winkel von etwa 109,5 Grad.
    Ergebnis:
    Tetraedrisch, Winkel von etwa 109,5 Grad

Vermischte Übungen

Alles durcheinander – wie in der Arbeit. Überleg bei jeder Aufgabe zuerst: Welches Ziel ist das?

Üben

  1. ●28
    Welchen Rest trägt Leucin, eine α-Aminosäure mit der Aminogruppe und der Carboxygruppe am α-Kohlenstoff-Atom?
    Lösung zeigen
    1. Jede α-Aminosäure hat dasselbe Gerüst aus Aminogruppe, Carboxygruppe und Wasserstoff-Atom.
    2. Verschieden ist nur der Rest, bei Leucin ist es –CH₂–CH(CH₃)₂.
    3. Der Rest von Leucin lautet –CH₂–CH(CH₃)₂.
    Ergebnis:
    –CH₂–CH(CH₃)₂
  2. ●29
    Der Rest von Threonin ist –CH(OH)–CH₃. Zu welcher Gruppe zählt Threonin?
    Lösung zeigen
    1. Der Rest trägt eine polare Gruppe, aber keine Ladung.
    2. Daran lässt sich Polarität und Ladung des Rests ablesen.
    3. Threonin gehört zur Gruppe: polar.
    Ergebnis:
    Polar, der Rest löst sich gut in Wasser
  3. ●30
    Wie liegt Glycin im Kristall und in neutraler wässriger Lösung überwiegend vor?
    Lösung zeigen
    1. Die Carboxygruppe ist sauer und gibt ein Proton ab.
    2. Die Aminogruppe ist basisch und nimmt es auf.
    3. So entsteht –NH₃⁺ und –COO⁻ im selben Molekül: das Zwitterion.
    Ergebnis:
    Als Zwitterion mit positiver Ammoniumgruppe und negativer Carboxylatgruppe
  4. ●31
    Lysin (M = 146 g/mol) und Valin (M = 117 g/mol) bilden ein Dipeptid. Bestimme: Welche molare Masse hat es?
    Lösung zeigen
    1. 1 Peptidbindung, also 1 Wassermolekül mit je 18 g/mol.
    2. M = 146 g/mol + 117 g/mol − 18 g/mol.
    3. M = 245 g/mol
    Ergebnis:
    245 g/mol
  5. ●32
    Welche Wechselwirkungen halten die Tertiärstruktur zusammen?
    Lösung zeigen
    1. Die Tertiärstruktur ist die Faltung der ganzen Kette.
    2. Die Reste lagern sich zusammen: Ionenbindungen, Wasserstoffbrücken, Disulfidbrücken, unpolare Anziehung.
    3. Es sind also Wechselwirkungen der Reste.
    Ergebnis:
    Wechselwirkungen der Reste, etwa Ionenbindungen und Disulfidbrücken
  6. ●33
    Zu welcher Gruppe zählt Amylase, und welche Aufgabe hat es?
    Lösung zeigen
    1. Kugelig und löslich: ein Helferprotein.
    2. Aufgabe: Enzym, das Stärke spaltet.
    3. Es zählt zu den Sphäroproteinen.
    Ergebnis:
    Sphäroprotein, Enzym, das Stärke spaltet

Auf einen Blick

MerkenDas Wichtigste

α-Aminosäuren
Aminogruppe und Carboxygruppe sitzen am selben Kohlenstoff-Atom.
Zwitterion
Aminosäuren liegen als Zwitterion vor, nach außen ohne Ladung.
Reste
Der Rest bestimmt, ob eine Aminosäure unpolar, polar, sauer oder basisch ist.
Peptidbindung
Aminosäuren verbinden sich unter Wasserabspaltung zur Peptidbindung –CO–NH–.
Strukturebenen
Die Reihenfolge der Aminosäuren ist die Primärstruktur.
Funktion
Skleroproteine sind faserig und unlöslich, Sphäroproteine kugelig und löslich.
Denaturierung
Hitze, Säure oder Alkohol entfalten das Protein, die Primärstruktur bleibt.
Chiralität
Vier verschiedene Substituenten am Kohlenstoff-Atom machen ein Molekül chiral.
EPA-Modell
Die Peptidgruppe ist planar und nicht drehbar, das α-Kohlenstoff-Atom ist tetraedrisch.

Kannst du das?

Je Ziel eine Aufgabe. Rechne sie ins Heft, dann kreuz ehrlich an. Keine Punkte, keine Note – der Test ist für dich.

ÜbenSelbsttest

  1. Ich beschreibe die Struktur von α-Aminosäuren und weise die Aminogruppe nach.

    34
    Welchen Rest trägt Tyrosin, eine α-Aminosäure mit der Aminogruppe und der Carboxygruppe am α-Kohlenstoff-Atom?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    –CH₂–C₆H₄–OH

  2. Ich erkläre Aggregatzustand, Löslichkeit und Säure-Base-Verhalten mit dem Zwitterion.

    35
    Lysin hat den isoelektrischen Punkt bei pH 9,74. Welche Form liegt in einer Lösung mit pH 9,7 überwiegend vor?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Überwiegend Zwitterion ohne Nettoladung

  3. Ich teile Aminosäuren nach den Eigenschaften ihrer Reste ein.

    36
    Der Rest von Glutamin ist –CH₂–CH₂–CO–NH₂. Zu welcher Gruppe zählt Glutamin?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Polar, der Rest löst sich gut in Wasser

  4. Ich erkläre die Peptidbildung und die Peptidspaltung und weise Peptidbindungen nach.

    37
    Ein Tripeptid wird mit Salzsäure vollständig gespalten. Wie viele Wassermoleküle werden dabei verbraucht?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Zwei, eines je Peptidbindung

  5. Ich beschreibe die vier Strukturebenen der Proteine mit ihren Wechselwirkungen.

    38
    Zu welcher Strukturebene eines Proteins gehört die Zusammenlagerung von vier Ketten zum Hämoglobin?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Quartärstruktur, mehrere Ketten zusammen

  6. Ich ordne Proteine nach ihrer Funktion ein und nenne essenzielle Aminosäuren.

    39
    Keratin in Haaren und Kollagen in Sehnen sind faserförmig und wasserunlöslich. Zu welcher Gruppe zählen sie?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Zu den Skleroproteinen, die als Gerüst und Schutz dienen

  7. Ich erkläre die Denaturierung von Proteinen.

    40
    Eiweiß kommt mit gelösten Silberionen in Berührung. Wird das Protein dabei denaturiert?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Ja, die Raumstruktur geht dabei verloren

  8. Ich beschreibe Chiralität und stelle Aminosäuren in der Fischer-Projektion dar (Leistungskurs).

    41
    Welche proteinogene Aminosäure ist nicht chiral?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Glycin, denn zwei Gruppen sind gleich

  9. Ich wende das EPA-Modell auf die Peptidbindung und das α-Kohlenstoff-Atom an (Leistungskurs).

    42
    Wie lässt sich der Winkel N–Cα–C am α-Kohlenstoff-Atom beschreiben?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Etwa 109,5 Grad, tetraedrisch

Bei „unsicher“ oder „noch nicht“: Lies den Abschnitt zum Ziel noch einmal und rechne seine drei Aufgaben.

Wörter

Funktion
eine Regel, die aus einer Zahl eine andere macht
Nenner
die Zahl unten – in wie viele Teile geteilt wurde
Teiler
eine Zahl, durch die es ohne Rest aufgeht

Lösungen

  1. Die Aminogruppe sitzt am Kohlenstoff-Atom neben der Carboxygruppe
  2. –(CH₂)₄–NH₂
  3. Die Aminogruppe am α-Kohlenstoff-Atom
  4. Positiv, weil die Carboxylatgruppe ein Proton aufnimmt
  5. Überwiegend Zwitterion ohne Nettoladung
  6. Die zweite Carboxygruppe im Rest macht den Stoff saurer
  7. Polar, der Rest löst sich gut in Wasser
  8. Basisch, der Rest nimmt in Wasser Protonen auf
  9. Eine Ionenbindung zwischen Carboxylat und Ammonium
  10. Wasser, die Reaktion ist eine Kondensation
  11. 393 g/mol
  12. In der Reihenfolge, die Enden sind jeweils verschieden
  13. Quartärstruktur, mehrere Ketten zusammen
  14. Zwischen N–H- und C=O-Gruppen des Kettenrückgrats
  15. Tertiärstruktur, Faltung der ganzen Kette
  16. Sphäroprotein, Transport von Stoffen im Blut
  17. Skleroprotein, Gerüst in Haaren und Nägeln
  18. Ihr fehlt die essenzielle Aminosäure Tryptophan fast ganz
  19. Ja, die Raumstruktur geht dabei verloren
  20. Ja, die Raumstruktur geht dabei verloren
  21. Nein, die Raumstruktur bleibt erhalten
  22. Nein, kein Kohlenstoff-Atom hat vier verschiedene Gruppen
  23. Ja, ein Kohlenstoff-Atom hat vier verschiedene Gruppen
  24. Vier, die als zwei Enantiomerenpaare vorliegen
  25. Nicht frei drehbar, Teil-Doppelbindung
  26. Tetraedrisch, die Bindungswinkel betragen etwa 109,5 Grad
  27. Tetraedrisch, Winkel von etwa 109,5 Grad
  28. –CH₂–CH(CH₃)₂
  29. Polar, der Rest löst sich gut in Wasser
  30. Als Zwitterion mit positiver Ammoniumgruppe und negativer Carboxylatgruppe
  31. 245 g/mol
  32. Wechselwirkungen der Reste, etwa Ionenbindungen und Disulfidbrücken
  33. Sphäroprotein, Enzym, das Stärke spaltet
  34. –CH₂–C₆H₄–OH
  35. Überwiegend Zwitterion ohne Nettoladung
  36. Polar, der Rest löst sich gut in Wasser
  37. Zwei, eines je Peptidbindung
  38. Quartärstruktur, mehrere Ketten zusammen
  39. Zu den Skleroproteinen, die als Gerüst und Schutz dienen
  40. Ja, die Raumstruktur geht dabei verloren
  41. Glycin, denn zwei Gruppen sind gleich
  42. Etwa 109,5 Grad, tetraedrisch