Fragenkatalog Proteinchemie Vorlesung 1-12 SS 2011 1.1 Was versteht man unter sauren bzw. basischen Aminosäureresten? Die Aminosäuren unterscheiden sich in ihren Seitenketten. 1.2 Zeichnen Sie die Strukturen von Glycin bei ph 1,0, bei ph 6 und bei ph 12,0. (pka 1 2,34, pka 2 9,60). 1.3 Aminosäuren haben in Lösungen mit einem ph-wert unter dem IEP: a) positiv geladene Aminogruppen Ѵ b) negativ geladene Carboxylgruppen Ѵ <-- bei nicht Unterschreiten des pks 1 c) ungeladene Aminogruppen X d) geladene Carboxylgruppen Ѵ <-- bei nicht Unterschreiten des pks 1 1
2.1 Nennen Sie einige häufige Arten von posttranslationalen Proteinmodifikationen. Nennen Sie die Funktion der Veränderung. Disulfidbrückenbildung (Stabilisierung) Phosphorylierung (Aktivität) 47 % Acetylierung (Verlust negative Ladung) 13 % Amidierung (+ positive Ladung) 11 % Methylierung 8 % Hydroxylierung (H-Brücken) 7 % Carboxylierung (+ negative Ladung) Formylierung Alkylierung (Veränderung Ladung) Glykosylierung Einbau von Lipiden Proteolytische Spaltung (Veränderung pi) 2.2 Was entsteht bei der Decarboxylierung einer Aminosäure? Nennen Sie ein Beispiel. Verlust der Säuregruppe. Bsp.: Histidin Histamin (Hormon) Glutaminsäure (Glutamat) γ-aminobuttersäure (Neurotransmitter) 2.3 Ninhydrin dient dem Nachweis von a) Aminosäuren Ѵ b) Peptiden und Proteinen Ѵ c) Amiden X d) Protonierten Aminogruppen Ѵ??? 3.1 Die Länge der CN-Bindung in einer Peptidbindung liegt zwischen dem Wert für eine Einfachbindung und dem Wert für eine Doppelbindung. Erklären Sie diesen Befund. Die Peptidbindung hat partiellen Doppelbindungscharakter Folge: keine freie Drehbarkeit um die C-N Bindung, die 6 Atome liegen in einer Ebene Bindungslängen: C-N 1,47 Å, C=N 1,25 Å, Peptidbindung 1,32 Å Partialladungen in der Peptidbindung: C + 0.42e, O - 0.42e, N - 0.2e, H + 0.2e, Dipolmoment: 3,7 D (Debye) 2
3.2 Es gibt zwei mögliche Dipeptide, aus je einem Rest Asparagin und Serin. Zeichnen Sie die Strukturen. Schreiben Sie den Namen der Peptide im Drei- und im Einbuchstaben-Code auf. - H 2 O; Asn- Ser; N-S - H 2 O; Ser- Asn; S-N 3.3 Welche Substanz ist ein Tripeptid? a) Glutathion Ѵ b) Valinomycin X c) Amanitin X d) Mellitin X 4.1 Nennen Sie die 4 Schritte der chemischen Synthese von Peptiden. 1. Einführung von Schutzgruppen 2. Aktivierung der Carboxylgruppe (Carboxylkomponente) 3. Kupplungsreaktion 4. Abspaltung der Schutzgruppen 4.2 Welche der folgenden Aussagen ist falsch? a) Bei der Synthese von Peptiden reagieren eine Aminokomponente und eine Carboxylkomponente. (RICHTIG) b) Alle funktionellen Gruppen müssen bei der Peptidsynthese geschützt werden. (FALSCH) Geschützt werden müssen nur die funktionellen Gruppen mit Heteroatomen nicht solche ohne Heteroatome (Ala, Phe, Gly, Ile, Leu, Pro, Val) C) Die Aminokomponente kann nur als freie Base reagieren. (RICHTIG)?? d) Die Carboxylkomponente muss bei der Peptidsynthese aktiviert werden. (RICHTIG) 4.3 Was versteht man unter der Merrifield-Synthesemethode? Festphasensynthese (solid phase peptide synthesis, SPPS). Bei der Merrifield- Festphasensynthese werden die Aminosäuren über ihre Carboxylgruppe an ein unlösliches, leicht filtrierbares Polymer gebunden. Die Peptidkette wird vom C-Terminus her schrittweise aufgebaut. 3
5.1 Definieren Sie die folgenden Begriffe: Primärstruktur, Sekundärstruktur, Tertiärstruktur, Quartärstruktur. Primarstruktur: lineare Sequenz der Polypeptidkette; oft mit posttranslationalen Modifikationen sowie Disulfidbrücken Sekundarstruktur: lokale Struktur (Faltung) linearer Segmente des Polypeptid- Rückgrats ohne Berücksichtigung der Konformation der Aminosäuren-Seitenketten Tertiärstruktur: gesamte dreidimensionale Struktur einer monomeren Peptidkette Quartärstruktur: Anordnung getrennter Polypeptidketten (Untereinheiten eines Proteins) zu einem funktionellen Protein 5.2 Charakterisieren Sie die Sekundärstruktur α-helix. Rechtsgängige Helix durch H-Brücken stabilisiert. H-Brücken nahezu parallel zur Längsachse der Helix, ohne ungesättigte Gruppen ca. 3.6 Reste pro Helixwindung 4
H-Brücke zwischen jedem Carbonyl-Sauerstoff des Restes i und dem Amid-Stickstoff von Rest i+4 (3,613-Helix) H-Brücke zwischen Rest 1 und 1+4 = 5 Steigung pro Rest: 1.5 Å Steigung pro Windung (Langsachse): 3.6 x 1.5 Å= 5.4 Å 5.3 Was ist ein Coiled Coil und welches sind die strukturellen Voraussetzungen hierfür? Doppelwendel aus 2 α-helices "coiled-coil" Superhelix, z.b. α-keratin o Linksgängige Superhelix aus 2 rechtsgängigen a-helices o Primarstruktur aus helikalen Wiederholungseinheiten AA a-g ( 7 AA), a und d unpolare Reste o a-helix 3.6 Reste pro Windung a und d auf der gleichen Seite apolare Streifen, Anlagerung von 2 Helices möglich, führt zu 3.5 Resten pro Windung, was eine gegenseitiges Verdrehen der Helices bewirkt und die Dimerisierung zusätzlich stabilisiert. 6.1 Nennen Sie vier verschiedene Arten von atomaren Wechselwirkungen die in Proteinen auftreten können. H-Brücken Van-der-Waals WW elektrostatische WW hydrophobe WW Ionen (Koordination von Metallionen) wichtig für Faltung und Katalyse Disulfidbrücken 6.2 Was konnte Anfinsen mit seinem legendären Experiment zeigen und welches System verwendete er? Experimente mit Ribonuclease Ergebnis: sämtliche Informationen, die zur korrekten Faltung notwendig sind, sind in der Primärstruktur (Aminosäuresequenz) enthalten Die AS-Sequenz definiert, wo sich welche Sekundärstrukturen falten und wie diese sich zur Tertiärstruktur anordnen, sodass erneut eine aktive Ribonuclease entsteht. 5
6.3 Nennen Sie Proteine, die die Faltung von Proteinen erleichtert. Erläutern Sie auch was sie machen. Proteindisulfid-Isomerasen katalysieren die Spaltung/Verknüpfung von Disulfidbrücken. Prolin-cis-trans-Isomerasen katalysieren cis/trans-isomerisierungen in Peptiden. Chaperone verhindern die Ausbildung von Aggregaten, indem sie die hydrophoben Seitenketten ungefalteter Proteine abschirmen und dadurch die korrekte Faltung der Proteine ermöglichen. 7.1 Nennen Sie Unterschiede zwischen PrP C und PrP Sc. Und welche Eigenschaft ist Grundlage des BSE-Tests? Struktur des Prionen-Protein PrP c (normal, zellular), Prion: proteinaceous infectious particles Unterschiede in der Konformation der Proteine PrPC : löslich, proteolytisch abbaubar, nicht-infektios, nicht-toxisch PrPSc: nicht-löslich, aggregierend, proteolytisch nicht abbaubar, infektiös, pathogen, kann PrPC in PrPSc umwandeln Proteaseresistenz ist Grundlage für BSE-Test 7.2 Was ist mit Cross--Struktur von -Faltblättern gemeint? Interagieren die β-faltblatt Strukturen in einer Region mit der Region eines parallel liegenden β- Faltblatt Proteins, wird dies als cross-β Struktur bezeichnet. H-Brücken verknüpfen die Faltblätter zentrales strukturelles Charakteristikum von Amyloidfibrillen In der β-faltblattgeometrie sind die β-strange der einzelnen Polypeptide senkrecht zur Fibrillenachse und die Wasserstoffbrückenbindungen des Faltblatts parallel zur Fibrillenachseangeordnet. Die β-faltblätter werden durch regelmäßige, lineare Stapel von Polypeptiden gebildet. 6
8.1 Was sind Faserproteine? Nennen Sie Beispiele. Faserproteine bzw. fibrilläre Proteine sind Quartärstrukturen die aus sehr vielen (aber nur wenigen unterschiedlichen) Protein-Untereinheiten bestehen. Die Polypeptidketten, die meist parallel einer Achse angeordnet sind, bilden lange Fasern oder großen Blättern, sie sind mechanisch stabil, sie sind unlöslich in Wasser und verdünnten Salzlösungen, meist bestehen sie nur aus einem Typ Sekundärstruktur. Sie sind nicht enzymatisch aktiv, sondern haben strukturelle Funktionen (Gerüst- oder Stutzfunktion). Gut untersuchte Faserproteine sind α-keratin, Kollagen und Seidenfibroin. 8.2 Im Faserprotein Keratin herrschen einige Aminosäuren vor. Was ist die Folge für die Struktur? Ein Coiled-Coil-Dimer besteht aus zwei parallelen, seilartig um sich selbst gewundenen Monomeren. Wiederholende AA-Sequenzen lassen wiederholende Sekundärstrukturen entstehen: Basisstruktur: Coiled-coil, a-keratin (Wolle) ist reich an Ser, Glu und Gln und Cys. Die strukturelle Funktion des L-Cystins ist im Keratin wie auch bei anderen Proteinen in der Ausbildung von Disulfid-Brücken u. der damit verbundenen chemische und mechanische Stabilisierung zu sehen. 8.3 Welche Rolle hat Glycin in der Struktur des Kollagens? Durch das regelmäßige Auftreten des räumlich anspruchslosen Glycin-Rests an jeder 3. Position wird die Ausbildung der speziellen, eng gewundenen Kollagen-Helix ermöglicht. Gly mit kleiner Seitenkette, weist ins Zentrum der Tripelhelix, ist die einzige Seitenkette die dort passt. 9.1 Welche Methode gehört jeweils zu den folgenden Trennungskriterien: a) Molekülgröße: b) Oberflächenladung: c) Sedimentationskoeffizient: d) Bindungseigenschaften des Proteins: a. Gelpermeationschromatographie b. Ionenaustauschchromatographie c. Zentrifugation d. Affinitätschromatographie 7
9.2 Bei der SDS-PAGE wandert ein einkettiges 90 kda Protein langsamer als ein 40 kda Protein. Dagegen tritt ein 90 kda Protein aus einer Gelfiltrationssäule zuerst aus. Begründen Sie diesen Unterschied Beide Methoden trennen Moleküle nach Molekulargewicht in siebenden Medien. Bei der SDS-PAGE handelt es sich um eine Elektrophorese-Methode in vernetzten Polyacryamidgelen. Kleine Moleküle wandern in dieser poröse Matrix schneller als große. Das 90 kda Protein wandert daher langsamer als das 40 kda Protein. Das Detergenz Natriumdodecylsulfat denaturiert die Proteine und verleiht allen Proteinen so viel negative Ladung, dass deren Wanderungsgeschwindigkeit und damit ihre Trennung von ihrer Eigenladung unabhängig ist. Als Gelmatrix bei der Gelfiltration werden kugelförmige Polymere verwendet, die in Abhängigkeit ihres Vernetzungsgrades porös sind. In die Poren dieser Matrizes können kleinere Proteine geeigneter Größe eindiffundieren. Ihre Durchflußgeschwindigkeit durch das Gel verlangsamt sich dadurch. Sind die Proteine zu groß, so eluieren sie an den Poren vorbei mit höherer Fließgeschwindigkeit durch das Gel. Das 90 kda Protein eluiert daher zuerst. 11.1 Was ist die Funktion von SDS in der Polyacrylamid-Gelelektrophorese? Proteine unterscheiden sich bezüglich Ladung und dreidimensionaler Struktur. Durch das SDS werden die Proteine denaturiert und erhalten eine gleichmäßige, negative Ladung. Hierdurch werden Form (denaturierte, unstrukturierte Proteinkette in Stäbchenform) und Ladungsdichte auch unterschiedlicher Proteine vergleichbar und die Trennung im elektrischen Feld der SDSPAGE erfolgt nur aufgrund unterschiedlicher Größe 11.2 Nach welcher Eigenschaft wird bei der isoelektrischen Fokussierung getrennt? Isoelektrischer Punkt 11.3 Zwei Proteine (A und B) von je 100 Aminosäuren haben 85% Sequenzidentität. Bei einer Konzentration von 0.1 mm zeigt gereinigtes Protein A eine starke UV Absorption bei einer Wellenlänge von 280 nm, während Protein B bei gleicher Konzentration nur sehr schwach absorbiert. Wie erklären Sie diesen Unterschied? Die Peptide haben also 15 Reste, die nicht identisch sind. Die typische Absorption von Proteinen im UV bei 280 nm rührt größtenteils von Tryptophan- und Tyrosin-Seitenketten, die in diesem Bereich eine starke Absorptionsbande haben. Die Peptide unterscheiden sich also dadurch, dass Protein B im Vergleich zu A weniger oder gar keine Tryptophan- oder Tyrosin-Reste aufweist. 8