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Proteine: Peptidbindung und Proteinstruktur

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Steckbrief

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Proteine sind Makromoleküle, die im menschlichen Körper vielfältige Aufgaben erfüllen. Sie bestehen aus Ketten von Aminosäuren, die über Peptidbindungen miteinander verknüpft sind. Bei der Bildung dieser Peptidbindungen wird die Carboxygruppe der einen Aminosäure mit der Aminogruppe der nächsten Aminosäure unter Wasserabspaltung verbunden (Kondensation). Peptidbindungen sind starr und eben (planar) gebaut. Die an ihrer Bildung beteiligten Atome verhalten sich in wässriger Umgebung neutral, d.h., sie können keine Protonen aufnehmen oder abgeben.

Die Struktur eines Proteins kann auf vier Komplexitätsebenen beschrieben werden:

  • Primärstruktur: Sie beschreibt die Abfolge der Aminosäuren im Protein, die Aminosäuresequenz.

  • Sekundärstruktur: Sie umfasst räumliche Strukturelemente wie α-Helix, β-Faltblatt, β-Schleife (das β-Fass ist ein Spezialfall des β-Faltblatts), die sich mithilfe von Wasserstoffbrücken zwischen den Carbonyl- und Amidgruppen (CO- und NH-Gruppen) der Hauptkette des Polypeptids ausbilden.

  • Tertiärstruktur: Sie beschreibt die Anordnung der Sekundärstrukturelemente eines Proteins im Raum. Stabilisiert werden kann die Tertiärstruktur durch Wasserstoffbrücken, ionische und hydrophobe Wechselwirkungen, Dipol-Dipol-Wechselwirkungen und Van-der-Waals-Kräfte aber auch kovalente Bindungen wie Disulfidbrücken zwischen den Seitenketten der im Polypeptid vorhandenen Aminosäuren.

  • Quartärstruktur: Sie beschreibt die räumliche Anordnung von mehreren Polypeptidketten (Untereinheiten) in einem Proteinkomplex.

Image description
Peptidbindung und ihre Grenzstrukturen

Die Säureamidbindung zwischen zwei Aminosäuren entsteht durch Wasserabspaltung. Es gibt zwei mesomere Grenzstrukturen (G1 und G2), woraus ein partieller Doppelbindungscharakter resultiert, sodass die Bindung planar und nicht frei drehbar ist. Die Seitenketten in trans-Konfiguration (R1 und R2) sind vereinfacht als Sphären dargestellt.

(nach Püschel et al., Taschenlehrbuch Biochemie, Thieme, 2011)
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    Peptidbindung

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    Peptide und Proteine bestehen aus Aminosäuren, die während der Proteinbiosynthese (Translation) durch Peptidbindungen miteinander verknüpft werden. Eine Peptidbindung entsteht durch die kovalente Verknüpfung der Carboxygruppe der einen Aminosäure mit der Aminogruppe der nächsten Aminosäure. Dabei wird Wasser abgespalten, es handelt sich also um eine Kondensation. Die Peptidbindung ist eine Carbonsäureamidbindung (CONH).

    Image description
    Peptidbindung

    Kondensation von zwei beliebigen Aminosäuren zu einem Dipeptid. Die dabei geknüpfte Peptidbindung ist farbig hervorgehoben.

    (nach Endspurt Biochemie 1, Thieme, 2013)

    Dabei entsteht zunächst ein Dipeptid aus zwei Aminosäuren. Die Carboxygruppe am Ende des Dipeptids kann mit einer dritten Aminosäure zu einem Tripeptid verknüpft werden usw. Eine Aminosäurekette mit einer Länge von bis zu zehn Aminosäuren wird als bezeichnet. Ist die Kette bis zu 100 Aminosäuren lang, wird sie häufig als bezeichnet. Alle noch längeren Aminosäureketten werden im Allgemeinen genannt. Proteine weisen zudem eine definierte Raumstruktur auf. Aufgrund der unterschiedlichen Kriterien (Zahl der Aminosäuren, Raumstruktur) ist die Abgrenzung zwischen diesen Gruppen also eher fließend. Proteine können aus Tausenden von Aminosäuren bestehen.

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      zuletzt bearbeitet: 23.12.2019
      Fachlicher Beirat: Prof. Dr. Wolfgang Höhne, 18.08.2018
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