Aminosäuren und Proteine

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1 Aminosäuren und Proteine 1. Die Aminosäuren Aufbau Zwitterion ptische Aktivität Die 20 Aminosäuren Einteilung der Aminosäuren Der isoelektrische Punkt (IEP) 3 AB: Die 20 Aminosäuren p-abhängigkeit der Aminosäuren Die Elektrophorese 5 Folie: Elektrophorese (Prinzip) 6 2. Dipeptide und Polypeptide Kondensationsreaktion Die Peptid-Bindung Einteilung Peptidsynthese im Labor 8 Folie: Peptidsynthese im Labor 9 3. Struktur der Proteine Primärstruktur Sekundärstruktur Tertiärstruktur Quartärstruktur Denaturierung Anhang: vgl. Literaturhinweis 11 AB: Struktur der Proteine 12 Folie: Insulin 13 Folie: äm 13 Folie: Tertiärstruktur stabilisierende Bindungen achweisreaktionen Die Xanthoproteinreaktion Die Biuretreaktion Die inhydrinreaktion hromatographie hromatographie / Grundlagen hromatographie von Aminosäuren 15 AB: achweisreaktionen auf Aminosäuren 16 Folie: inhydrin/biuret 17 AB: Grundlagen: hromatografie 18 AB: hromatografie-versuche 19 AB: Identifikation durch hromatografie 20 AB: hromatografie-versuche/ergebnisse AB: hromatografie-versuche/ergebnisse AB: hromatografie-versuche/simulation Bedeutung der Aminosäuren Komplex: Ernährung/Stoffwechsel/Gesundheit Komplex: Landwirtschaft Komplex: Medizin 24 AB: Die Bedeutung der Aminosäuren 25 Folie: Proteinbedarf / Funktionen 26 Folie: Mangelfolgen / essentielle Aminosäuren 27 Anmerkung: es gibt kaum Quellenangaben, diese Materialien sind ausschließlich zur achbereitung meines Unterrichts vorgesehen, nicht für eine weitere Veröffentlichung. Bei den Seiten mit dem Unterrichtsgang stehen links die Regieanweisungen (Symbole hoffentlich selbsterklärend) und rechts der Tafelanschrieb. Aminosäuren und Proteine 1

2 Themen/Lernziele: Aufbau von Aminosäuren α-aminosäuren, optische Aktivität B. Aminosäuren und Proteine Beispiele V V 1. Die Aminosäuren 1.1. Aufbau Versuch: Wasser + Mg Aminosäure-Lsg. + Mg Beobachtung: schwache Gasentwicklung starke Gasentwicklung Ergebnis: Aminosäuren haben Säurecharakter Versuch: Eine Aminosäure wird erhitzt Beobachtung: Geruch nach Ammoniak ( 3 ), mit l bildet sich ein weißer Rauch ( 4 l), feuchtes p-papier zeigt eine Base an. Ergebnis: Aminosäuren enthalten eine basische 2 -Gruppe Aminosäuren haben (mind.) zwei funktionelle Gruppen: Modelle Aminogruppe: 2 arboxylgruppe: alle in der atur zum Aufbau von Eiweiß 2 (Proteinen) vorkommenden und genetisch codierten Aminosäuren sind α-aminosäuren: * R Wdh. anderes α als bei den Kohlenhydraten 1.2. Zwitterion Einige Eigenschaften der Aminosäuren lassen sich mit dieser Struktur nicht erklären: hohe Schmelztemperatur (z.t. zersetzen sie sich) gute Wasserlöslichkeit allg. salzartiger harakter (spröde, kristallin, Ionengitter ) Aminosäuren liegen in einer zwitterionigen Form vor. 3 R 1.3. ptische Aktivität Alle Aminosäuren (bis auf Glycin) haben ein asymetrisches α--atom, sie sind also optisch aktiv: * In den natürlich vorkommenden Proteinen findet man von den beiden Spiegelbildisomeren einer Aminosäure nur die L-Form. Aminosäuren und Proteine 2

3 Themen/Lernziele: Einteilung der Aminosäuren Der Isoelektrische Punkt (IEP) V Arbeits- Blatt AB Glycin + Wasser (dabei den p-wert messen) 1.4. Die 20 Aminosäuren 1.5. Einteilung der Aminosäuren Die Seitenkette hat Einfluss auf die chemischen Eigenschaften der Aminosäure. eutrale Aminosäuren besitzen entweder polare (hydrophil) oder unpolare (hydrophob) Seitenketten. Saure Aminosäuren tragen eine zweite arboxylgruppe, in der Seitenkette der basischen AS befindet sich eine zweite Aminogruppe Der isoelektrische Punkt (IEP) Versuch: Glycin wird in Wasser gelöst (aq) A B Beobachtung: Glycin löst sich in Wasser, es reagiert schwach sauer; der p-wert beträgt 6 i Ampholyt Erklärung: Glycin ist ein Stoff, der sowohl als Base als auch als Säure reagieren kann (Ampholyt). Die 3 + -Gruppe gibt aber eher ein Proton ab, als die -Gruppe eines aufnimmt. In wässriger Lösung liegen vor (bei p-wert 6): Zwitterion Es läuft also eher die Reaktion A ab Anion wenig viel (aq) Kation fast nichts bei Zugabe von etwas Salzsäure verschiebt sich das Gleichgewicht: Zwitterion (p-wert < 6) Anion sehr wenig viel (aq) Kation sehr wenig Bei einem ganz bestimmten p-wert ist die Anionen-Konzentration = Kationen-Konzentration und gleichzeitig minimal, es liegen am meisten Zwitterionen vor. Dieser Punkt heißt isoelektrischer Punkt. Für Glycin p bei 5,97. IEP: p-wert, für den gilt c Zwitter = max. c Anion = c Kation. Der IEP ist charakteristisch für jede Aminosäure. Aminosäuren und Proteine 3

4 AB: hemie Die 20 Aminosäuren Aminosäuren und Proteine 3 Glycin (Gly, G) IEP = 6,0 3 3 L-Alanin (Ala, A) IEP = 6, L-Valin (Val, V)* IEP = 6,0 L-Prolin (Pro, P) IEP = 6, L-Leucin (Leu, L)* IEP = 6,0 eutrale Aminosäuren mit unpolarem Rest L-Isoleucin (Ile, I)* IEP = 6,0 3 2 L-Phenylalanin (Phe, F)* IEP = 5, S L-ystein (ys, ) IEP = 5,0 3 2 L-Methionin (Met, M)* IEP = 5,7 3 S 3 3 L-Serin (Ser, S) IEP = 5,7 2 L-Threonin (Thr, T)* IEP = 5, L-Tyrosin (Tyr, Y) IEP = 5,6 L-Asparagin (Asn, ) IEP = 5,4 L-Glutamin (Gln, Q) IEP = 5,7 eutrale Aminosäuren mit polarem Rest L-Tryptophan (Trp, W)* IEP = 5, L-Asparaginsäure (Asp, D) IEP = 2,9 Saure Aminosäuren 2 2 L-Glutaminsäure (Glu, E) IEP = 3,2 Für den Menschen essentielle Aminosäuren* müssen mit der ahrung aufgenommen werden! L-Arginin (Arg, R) IEP = 10, L-Lysin (Lys, K)* IEP = 9,7 L-istidin (is, ) IEP = 7,6 Basische Aminosäuren Lit.: Elemente hemie II (Klett), S hemie heute SII (Schroedel), S. 451 Aminosäuren und Proteine 4

5 Themen/Lernziele: Die Elektrophorese eine moderne Trennmethode! AA statistische Verteilung 1.7. p-abhängigkeit der Aminosäuren Welche Teilchen liegen bei den Aminosäuren Glycin, istidin und Asparaginsäure bei einem p-wert von 6 jeweils vor? Am IEP liegen die Aminosäuren fast ausschließlich in der zwitterionischen Form vor. Bei niedrigeren p-werten (also einer höheren 3 + -Konzentrationen) werden die Zwitterionen protoniert und die AS liegt als Kation vor. Bei höheren p-werten (also höheren -Konzentrationen) wird ein Proton abgegeben und die AS liegt überwiegend als Anion vor: Bsp: Glycin: istidin: 3 + -( )- (insgesamt ein Kation) Asparaginsäure: 3 + -(- 2 - )- (insgesamt ein Anion)? 1.8. Die Elektrophorese - ein modernes Verfahren um Aminosäurengemische zu trennen Was passiert, wenn wir an ein Gemisch der Aminosäuren Glycin, istidin und Asparaginsäure bei p 6 ein elektrisches Feld anlegen? Folie Startpunkt des Aminosäure-Gemisches Gleichspannungsquelle Glycin-Zwitterionen wandern nicht feuchtes Filterpapier Wanderung der istidin-kationen Wanderung der Asparaginsäure-Anionen Die positiv geladenen Teilchen (hier die istidin-kationen) werden zur Kathode wandern, die negativ geladenen Teilchen (in dem Gemisch die Asparaginsäure-Anionen) wandern zur Anode, die Glycin-Zwitterionen werden gar nicht wandern, weil sich die negativen und die positiven Ladungen gegensseitig aufheben. Folie Unter Elektrophorese wird die Wanderung elektrisch geladener Moleküle im elektrischen Feld verstanden. Aminosäuren liegen bei p-werten oberhalb ihres isoelektrischen Punktes als Anionen vor und wandern zur Anode, bei p-werten unterhalb des isoelektrischen Punktes wandern sie als Kationen zur Kathode. Die Elektrophorese stellt ein Verfahren dar Aminosäure-Gemische zu trennen, es findet z.b. bei IV-Tests Verwendung. MA bitte lesen Lit.: hemie heute SII Auflage 1999: S.379 Trennung und Identifizierung von Proteinen. Aminosäuren und Proteine 5

6 Elektrophorese (Prinzip) Gleichspannungsquelle Startpunkt des Aminosäure-Gemisches feuchtes Filterpapier Glycin-Zwitterionen wandern nicht Wanderung der istidin-kationen Wanderung der Asparaginsäure-Anionen Unter Elektrophorese wird die Wanderung elektrisch geladener Moleküle im elektrischen Feld verstanden. Positiv geladenen Teilchen (Kationen) werden zur Kathode wandern, die negativ geladenen Teilchen (Anionen) wandern zur Anode, ungeladene Teilchen werden gar nicht wandern. Auch Zwitterionen wandern nicht, weil sich die negativen und die positiven Ladungen gegensseitig aufheben. Die Elektrophorese ist eine Möglichkeit solche Stoffgemische zu trennen. Aminosäuren und Proteine 6

7 Themen/Lernziele: Peptidbindung, Peptidhydrolyse Dipeptide und Tripeptide Grenzformeln der Peptidbindung Wdh. Wie kommen wir von den Aminosäuren zu den Peptiden und den Proteinen? 2. Dipeptide und Polypeptide 2.1. Kondensationsreaktion Kondensation von Alanin und Glycin: Wdh. Esterbindung, glycosidische Bindung, Achtung: keine FISER-Projektion! vgl. aber Alanylglycin (AlaGly) Glycylalanin (GlyAla)? wieso lösen wir uns dann nicht auf? 2.2. Die Peptid-Bindung Die Peptidhydrolyse ist ein exothermer Vorgang, die Reaktion verläuft trotzdem extrem langsam: > sehr hohe Aktivierungsenergie > sehr stabile Bindung => energiearm, partieller Doppelbindungscharakter, ebener Bau. i Röntgenstrukturanalyse: Bindungslänge zwischen einer Doppel- und einer Einfachbindung! Mesomerie 2 2 fiktive Grenzformeln 3 AA Zeichnen: Val-Ser ys-asn-thr Thr-Asn-ys 2.3. Einteilung - Aminosäuren - Dipeptide, Tripeptide, - ligopeptide (ca Aminosäuren) - Polypeptide (bis zu 100 Aminosäuren) - Proteine (Eiweiße) (über 100 Aminosäuren) Aminosäuren und Proteine 7

8 Themen/Lernziele: Proteinsynthese im Labor Schutzgruppen; Flüssigphasen- u. Festphasensynthese 2.4. Peptidsynthese im Labor Problem 1: unkontrollierte Reaktionen der Aminosäuren Problem 2: Peptidbildung verläuft nicht freiwillig Lösung 1: Lösung 2: Schutzgruppen an alle funktionellen Gruppen, die nicht reagieren sollen. Aktivierung der Gruppen, die reagieren sollen. Zwei Möglichkeiten: - Flüssigphasensynthese - Festphasensynthese Aminosäuren und Proteine 8

9 Peptidsynthese im Labor Prinzip: Schutzgruppen an alle funktionellen Gruppen, die nicht reagieren sollen, Aktivierung der Gruppen, die reagieren sollen. Aminosäuren und Proteine 9

10 Themen/Lernziele: Struktur der Proteine Zwischenmolekulare Kräfte Wdh. Peptidbindung EDMA-Abbau (vom -terminalen Ende) Sequenator bei größeren Peptiden bzw. Proteinen überlappende Spaltung mit Enzymen (Trypsin, Pepsin) Modelle 3. Struktur der Proteine 3.1. Primärstruktur Gibt die Folge der einzelnen Aminosäurebausteine an (Gly-Ala- ys-leu-ala-val-glu- ). Man kennt heute die Aminosäuresequenz von vielen wichtigen Proteinen. Strukturaufklärung erfolgt über einen stufenweisen Abbau der Peptidkette (z.b. enzymatisch). Zur ydrolyse muss man längere Zeit z.b. mit Salzsäure erhitzen um die stabilen Peptidbindungen zu spalten (z.b. mit verd. Salzsäure 1h bei 120 ) Sekundärstruktur Strukturen von Proteinen, die durch Wasserstoffbrückenbindungen bedingt und stabilisiert werden. α-elix Jeder A.S.-Strang für sich, - Brücken innerhalb des Stranges. Auch lange Seitenketten möglich. Elastisch, dehnbar. Bsp.: Wolle, aare Kopie β-faltblatt Viele Stränge parallel, jew. 2 liegen antiparallel nebeneinander, -Brücken zwischen den Strängen. Meist gleichartige A.S. mit kurzen Seitenketten. Fest, reißfest, biegbar. Bsp.: Seide. Aminosäuren und Proteine 10

11 Themen/Lernziele: Struktur der Proteine (Fortsetzung) Denaturierung Wdh. verschiedene Bindungstypen Kollagen = Strukturprotein (aut, Knorpel, Bindegewebe) 3.3. Tertiärstruktur Die Teilchengestalt eines Proteinmoleküls, resultiert aus der räumlichen Anordnung der α-elices oder der Faltblattstruktur. Die Tertiärstruktur wird durch verschiedene Bindungsarten stabilisiert: zwischen unpolaren Gruppen liegen VA DER WAALS Bindungen vor, zwischen polaren Gruppen werden Wasserstoffbrücken ausgebildet und zwischen den Seitenketten der sauren und basischen A.S. treten Ionenbindungen auf. Von Besonderer Bedeutung für die Tertiärstruktur sind die Disulfidbrücken ( S S ). Sie entstehen aus den S- Gruppen zweier ystein-reste in einer Redoxreaktion. Bsp.: Kollagenfaser aus 3 α-elices (Triple-elix) oder Myoglobin. Tertiärstruktur von Insulin (Insulin besteht aus zwei Ketten: = 51 Aminosäuren) Strukturaufklärung durch SAGER Wasserstoffbrückenbindungen VA-DER-WAALS- Kräfte Ionenbindungen 2 S S 2 Disulfidbrücken äm: Kopie R Fe R 1 = Globin (Protein-A.S.-Kette) R 2 = Sauerstoff ( 2 ) R 2 Porphyrin-Gerüst Quartärstruktur sind in einem Protein mehrere Polypeptidketten in einer bestimmten räumlichen Struktur angeordnet, so spricht man von Quartärstruktur Bsp.: ämoglobin 3.5. Denaturierung (Veränderung von Eiweiß durch Zerstörung der rdnung) - itze (Tertiärstruktur) - Schwermetalle (Tertiärstruktur) - Strahlung (Sekundärstruktur) - Säuren/Laugen (Primärstruktur) - Verdauungsprozesse (enzymatisch, Magensäure) (Die Aminosäuren bleiben erhalten, Enzyme werden zerstört) Der Friseur als Proteinchemiker hemie heute SII - S Anhang: vgl. Literaturhinweis Schroedel: hemie heute SII - S. 378 (Der Friseur als Proteinchemiker) Aminosäuren und Proteine 11

12 AB: hemie α-elix Struktur der Proteine β-faltblatt Aminosäuren und Proteine Quartärstruktur Bindungen, die die Tertiärstruktur stabilisieren Aminosäuren und Proteine 12

13 Insulin Porphyrinring R 1 = Globin (Protein, A.S.-Kette) R 2 = Sauerstoff ( 2 ) R 1 Fe 2+ R 2 äm Aminosäuren und Proteine 13

14 Tertiärstruktur stabilisierende Bindungen S 2 S Wasserstoffbrückenbindungen Disulfidbindungen 2 Ionenbindungen 2 VA-DER-WAALS-Kräfte 2 2 VA-DER-WAALS-Kräfte Disulfidbindungen Wasserstoffbrückenbindungen Ionenbindungen 2 S S 2 Aminosäuren und Proteine 14

15 Themen/Lernziele: achweisreaktionen auf Aminosäuren bzw. Polypeptide Xanthoprotein, Biuret, inhydrin hromatographie V Ein frisch gekochtes Ei wird mit 3(konz.) bemalt. Gelbe Finger beim Arbeiten mit 3(konz.) Arbeits- Blatt AB 4. achweisreaktionen auf Aminosäuren u. Polypeptide 4.1. Die Xanthoproteinreaktion (Gelbfärbung von Eiweiß) Versuch: Eiweiß wird mit 3 betupft Beobachtung: Es tritt eine Gelbfärbung auf Ergebnis: Die aromatischen Aminosäuren (Trp, Tyr, Phe) werden am Benzolkern nitriert. 3 2 Phenylalanin (Phe) + 3 Salpetersäure vgl.: S E -Reaktion am Aromaten itrophenylalanin (gelb) Die Xanthoprotheinreaktion ist ein achweis auf aromatische Aminosäuren nach der Biuretgruppe: nicht zu stark verdünnt! 4.2. Die Biuretreaktion Beim Versetzen einer alkalischen Aminosäure- Lösung mit einigen Tropfen verdünnter us 4 -Lsg. tritt eine blauviolette Färbung auf. Es bildet sich ein Kupferkomplex. 2 u 2+ R 2 R MA bitte lesen ERLEMEYERregel Beyer / Walter: Lehrbuch d. rganischen hemie S. 626 u. S. 840f Die inhydrinreaktion Beim Erhitzen von Aminosäuren, Peptiden oder Proteinen mit einer verdünnten wässrigen inhydrinlösung tritt eine Blauviolettfärbung auf. inhydrin hromatographie (Verteilungs- u. Adsorptionschr.) hromatographie von Folienstiftfarbstoffen hromatographie von A.S. u. A.S.-Gemischen 5. hromatographie 5.1. hromatographie / Grundlagen 5.2. hromatographie von Aminosäuren Aminosäuren und Proteine 15

16 AB: hemie achweisreaktionen auf Aminosäuren Aminosäuren und Proteine 4. achweisreaktionen auf Aminosäuren bzw. Polypeptide 4.1. Die Xanthoproteinreaktion (Gelbfärbung von Eiweiß): Versuch: Ein Stückchen Eiweiß wird in einem Reagenzglas mit konz. Salpetersäure betröpfelt und erwärmt. Beobachtung: Es tritt eine Gelbfärbung auf. Ergebnis: Die aromatischen Aminosäuren (Trp, Tyr, Phe) werden am Benzolkern nitriert Phenylalanin (Phe) 3 Salpetersäure 3 2 Die Xanthoproteinreaktion ist ein achweis auf aromatische Aminosäuren. 2 + itrophenylalanin (gelb) Die Biuretreaktion: Versuch: Gib zu einigen ml einer leicht alkalischen Eiweißlösung (zur ot: Aminosäurelösung) einige Tropfen verdünnte us 4 -Lösung Beobachtung: R R Beim Versetzen einer alkalischen Aminosäurelösung (besser: Peptidlösung) mit einigen Tropfen verdünnter us 4 -Lösung tritt eine rotviolette Färbung auf. Es bildet sich ein Kupferkomplex. R u 2+ R 4.3. Die inhydrinreaktion: Versuch: Eine Aminosäurelösung wird mit einigen Tropfen inhydrinlösung versetzt und erwärmt. Testet verschiedene Aminosäuren. Beobachtung: Beim Erhitzen von Aminosäuren, Peptiden oder Proteinen mit einer verdünnten wässrigen inhydrinlösung tritt eine Blauviolettfärbung auf. inhydrin Aminosäuren und Proteine 16

17 inhydrin / Biuret Aminosäuren und Proteine 17

18 AB: hemie Grundlagen: hromatografie Aminosäuren und Proteine 5. hromatographie (von griech. chroma: Farbe u. graphëin: schreiben) 5.1. Grundlagen: hromatographie Ein Verfahren zur Trennung von Stoffen Bei der Papier- und Dünnschichtchromatographie wird eine stationäre Phase (Papier, Dünnschichtplatte von einer mobilen Phase (Fließmittel) durchwandert. Dabei werden die einzelnen Komponenten eines Stoffgemisches, das auf der stationären Phase aufgebracht ist, verschieden schnell transportiert und damit getrennt. Ursache dafür sind unterschiedliche Wechselwirkungen zwischen der stationären Phase und den Gemisch-Bestandteilen sowie unterschiedliche Löslichkeit im Fließmittel. Je besser die Löslichkeit des Stoffes im Fließmittel ist, desto leichter wird er von diesem mitgeführt. Gleichzeitig mit dem Lösen des Stoffes im Fließmittel tritt dieser in Wechselwirkung mit der stationären Phase. Er wird mehr oder weniger stark, aber immer reversibel, adsorbiert (Adsorptionschromatographie). Adsorption ist aber nicht der einzige Rückhalteeffekt. äufig befindet sich auf der berfläche der stationären Phase ein Flüssigkeitsfilm (z. B. Wasser). Daher konkurriert die Löslichkeit des wandernden Stoffes in diesem Flüssigkeitsfilm mit der Löslichkeit im Fließmittel und sorgt durch die unterschiedliche Verteilung in den beiden Lösungsmitteln für einen weiteren Trenneffekt (Verteilungschromatographie). z. B. exan schütteln schütteln schütteln schütteln schütteln schütteln z. B. Wasser Beispiel: Stoffe, die in exan gut löslich sind und in Wasser schlecht, werden schnell weitertransportiert, dagegen werden Stoffe, die in exan wenig löslich sind, in Wasser jedoch gut, langsam weitertransportiert. Dadurch lassen sich solche Stoffe trennen. Führt man eine hromatographie unter immer genau denselben Bedingungen (stationäre Phase [z. B. Aluminiumoxid-Dünnschichtplatte], mobile Phase [Fließmittel, z. B. Butanol:Eisessig:Wasser = 4:1:1], Temperatur) durch, so ist das Verhältnis der Entfernung des Substanzflecks von der Startlinie zu der Entfernung der Fließmittelfront von der Startlinie spezifisch für einen bestimmten Stoff, für jeden einzelnen also immer gleich. Diesen Wert nennt man retention factor (Rückhalte-Faktor): erstellung eines hromatogramms. Prinzip: R f = Entfernung Substanzfleck Startlinie Entfernung Fließmittelfront Startlinie Aminosäuren und Proteine 18

19 AB: hemie hromatografie-versuche Aminosäuren und Proteine 5.2. hromatographische Trennung eines Aminosäure-Gemisches: Vorbereitungen: Von den Aminosäuren Alanin, Glycin, Leucin, Prolin und Valin werden in kleinen Schnappdeckelgläsern Lösungen hergestellt (kleine Spatelspitze auf ca. 5 ml Wasser). Das Fließmittelgemisch wird vorbereitet (für alle zusammen ca. 120 ml). Als Fließmittel hat sich hier eine Mischung aus Butanol, Eisessig und Wasser (4:1:1) als günstig erwiesen. Bereitet die Dünnschichtchromatographie-Platten (ellulose) mit einem weichen Bleistift vor: einen Strich in ca. 1,5 cm Abstand vom unteren Rand (Achtung: die weiße Beschichtung der Platte darf nicht verletzt werden), 7 Markierungen für die Startpunkte. Einen weiteren Strich ca. 0,5 cm vom oberen Rand. amen drauf. Die Trennkammern werden etwa 0,5 cm hoch mit dem Fließmittelgemisch gefüllt, mit einer Glasplatte verschlossen und vorsichtig geschüttelt, damit sich der Innenraum mit Lösungsmitteldämpfen sättigen kann. Versuch: Auf die Startlinie werden die Lösungen von 5 Aminosäuren (Alanin, Glycin, Leucin, Prolin, Valin) und 2 Aminosäure-Gemische aufgetragen. Dazu taucht man eine Glaskapillare in die Lösung (sie saugt sich hoch) und setzt diese kurz auf der Dünnschichtplatte auf. Der aufgetragene Punkt soll möglichst klein und scharf begrenzt sein. ach dem Trocknen kommt die Platte in die Trennkammer. Man nimmt die Platte aus der Trennkammer, amen der Praktikumsgruppe wenn die Fließmittelfront noch ca. 0,5 cm vom oberen Rand entfernt ist. Damit die Platte nach der Beendigung der hromatographie schneller trocknet, kann sie mit einem Fön getrocknet werden. Da Aminosäuren farblos sind, müssen sie noch sichtbar gemacht werden. Dafür bietet sich die inhydrin-reaktion an. Die trockenen Platten werden mit inhydrin-spray eingesprüht und danach zum Entwickeln in den Trockenschrank gebracht. Ala Gly Leu Pro Val Aminosäure- Gemische Die Aminosäure-Gemische werden durch Vergleich mit den einzelnen Aminosäuren identifiziert. Eine weitere Möglichkeit, Stoffgemische zu identifizieren, besteht im Vergleich der experimentell bestimmten R f -Werte (retention factor) mit den tabellierten Werten. Aminosäuren und Proteine 19

20 AB: hemie Identifikation durch hromatografie Aminosäuren und Proteine hromatographie von Alanin, Glycin, Leucin und Valin sowie zweier Aminosäuren-gemische. Fließmittel: n-butanol, Essigsäure, Wasser (4:1:1). Mit inhydrin sichtbar gemacht. Fließmittelfront Leucin Valin Alanin Glycin Startlinie Das hromatogramm entstand im hemie-lk 12 im ovember 2000 Aminosäuren und Proteine 20

21 hemie AB: hromatografie-versuche / Ergebnisse 2002 Aminosäuren und Proteine Si 2 Si 2 Si 2 Diese hromatogramme entstanden im hemie-bf 12 im ktober 2002 ellulose ellulose Al 2 3 Aminosäuren und Proteine 21

22 hemie AB: hromatografie-versuche / Ergebnisse 2005 Aminosäuren und Proteine Si 2 Si 2 Si 2 Al 2 3 Diese hromatogramme entstanden im hemie-pf 12 im ovember 2005 hromatografiert wurden Alanin, Glycin, Leucin und Valin. Folgende Aminosäuren-Gemische sollten analysiert werden: A = Alanin + Glycin B = Alanin + Glycin + Leucin = Glycin D = Alanin + Leucin + Valin E = Alanin + Glycin + Valin "X" Ala Gly Leu Val "Y" Aminosäuren hemie-profilfach 2005/07 Si 2 Si 2 Si 2 Si 2 Aminosäuren und Proteine 22

23 AB: hemie hromatografie-versuche / Simulation Aminosäuren und Proteine hromatographie - Simulation - Stoff A Verteilung Stoff B Abstand Lit.: Vergleiche die Excel-Datei: hromatografie.xls Aminosäuren und Proteine 23

24 Themen/Lernziele: Bedeutung der Aminosäuren Ernährung/Stoffwechsel/Gesundheit Landwirtschaft Medizin Folie Proteinbedarf in Abhängigkeit vom Lebensalter Folie Die wichtigsten Funktionen der Aminosäuren Folie Gesundheitliche Folgen unzureichender Aminosäureversorgung Folie Bedarf an essentiellen Aminosäuren 6. Bedeutung der Aminosäuren 6.1. Komplex: Ernährung/Stoffwechsel/Gesundheit für alle Lebensvorgänge ist Stickstoff unentbehrlich für das Stickstoff-GG sind die Aminosäuren verantwortlich (höhere Lebewesen können keinen Stickstoff aus der Luft nutzen) Im Stoffwechsel herrscht ein dynamisches GG zwischen Auf- u. Abbau v. Proteinen Vorraussetzung für Wachstum ist eine positive Stickstoffbilanz Die wichtigsten Funktionen der Aminosäuren Synthese körpereigener Proteine a) Strukturproteine (Muskel, Bindegewebe) b) Funktionsproteine (Enzyme, ormone) Aufbau von Kohlenhydraten und Lipiden Synthese von eterocyclen (Purinen, Pyrimidinen), ucleinsäurebasen, Porphyrine (Grundgerüst des roten Blutfarbstoffes) Synthese von funktionalen Aminosäurederivaten (z.b. Dopamin, oradrenalin, Serotonin, Thyroxin, γ-aminobuttersäure, Acetylcholin, Folsäure, Biotin, Pantothensäure) Spezielle Funktionen (Ausschleusung des im Stoffwechsel gebildeten arnstoffes über Arginin und Methionin, Arginin: Stimulation des Immunsystems Mangelfolgen negative Stickstofbilanz bedeutet Stagnation, eingeschränkte Enzymfunktionen, Verlust von Körpermasse, Krankheit und führt über einen längeren Zeitraum schließlich zum Tode Ernährung 8 essentielle Aminosäuren, die der menschl. Körper nicht selbst synthetisieren kann. Säuglinge auch: ystein (o.ystin) u. Tyrosin. Semiessentiell: Arginin u. istidin. ca Mio. Menschen hungern bzw. sind unterernährt Proteinzufuhr in den Industrieländern: 100g/Tag u. Person in Asien u. Afrika: <60g/Tag u. Person Problem der Überbevölkerung Verbesserung der Aminosäureversorgung ist notwendig Zugabe einzelner Aminosäuren zu der ahrung Ausblick: genetic engineering Programmierung der A.S.-Zusammensetzung in den Genen von Tieren u. Pflanzen! Geschmacks-, Aroma- u. Süßstoffe (Aspartam ) MAILLARD-Reaktion 6.2. Komplex: Landwirtschaft Tierhaltung: Mischfutterproduktion 400 Mio. t A.S. Limitierende A.S. Analytik des Futters (A.S.-Bestimmung) A.S.-Bedarf für die einzelnen Aufzuchtperioden Pflanzenschutz 6.3. Komplex: Medizin klinische Ernährung Therapeutika: z.b. gegen Bluthochdruck Antibiotika ormone Aminosäuren und Proteine 24

25 AB: hemie Die Bedeutung der Aminosäuren Aminosäuren und Proteine 6. Bedeutung der Aminosäuren 6.1. Komplex: Ernährung/Stoffwechsel/Gesundheit für alle Lebensvorgänge ist Stickstoff unentbehrlich für das Stickstoff-Gleichgewicht sind die Aminosäuren verantwortlich (höhere Lebewesen können keinen Stickstoff aus der Luft nutzen) Im Stoffwechsel herrscht ein dynamisches Gleichgewicht zwischen Auf- u. Abbau von Proteinen Vorraussetzung für Wachstum ist eine positive Stickstoffbilanz Die wichtigsten Funktionen der Aminosäuren (Abbildung) Mangelfolgen negative Stickstofbilanz bedeutet Stagnation, eingeschränkte Enzymfunktionen, Verlust von Körpermasse, Krankheit und führt über einen längeren Zeitraum schließlich zum Tode Ernährung 8 essentielle Aminosäuren, die der menschliche Körper nicht selbst synthetisieren kann. Säuglinge auch: ystein (oder ystin) und Tyrosin. Semiessentiell: Arginin und istidin. ca Mio. Menschen hungern bzw. sind unterernährt Proteinzufuhr in den Industrieländern: 100g/Tag und Person < > in Asien und Afrika: <60g/Tag und Person Problem der Überbevölkerung Verbesserung der Aminosäureversorgung ist notwendig Zugabe einzelner Aminosäuren zu der ahrung Ausblick: genetic engineering Programmierung der Aminosäuren-Zusammensetzung in den Genen von Tieren und Pflanzen! Geschmacks-, Aroma- und Süßstoffe (Aspartam ) MAIL- LARD-Reaktion 6.2. Komplex: Landwirtschaft Tierhaltung: Mischfutterproduktion 400 Mio. t Aminosäuren Limitierende Aminosäuren Analytik des Futters (Aminosäuren-Bestimmung) Aminosäuren-Bedarf für die einzelnen Aufzuchtperioden Pflanzenschutz 6.3. Komplex: Medizin klinische Ernährung Therapeutika: z.b. gegen Bluthochdruck Antibiotika ormone Aminosäuren und Proteine 25

26 Proteinbedarf / Funktionen Aminosäuren und Proteine 26

27 Mangelfolgen / essentielle Aminosäuren Aminosäuren und Proteine 27