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• Grundelemente (96% H, C, N, O)

• Mengenelemente (3% Na, Mg, K, Ca, P, S, Cl)

• Spurenelemente (0,01% B, F, Fe, Br, I, Zn, Cu…)

• Hämoglobin ist Sauerstofftransportprotein im Körper

• beeinhaltet 4 Eisenkationen (Fe 2+)

• etwa 200 Milliarden rote Blutkörperchen mit Hämoglobin gefüllt

• Eisen wird aus gealterten Zellen wiederverwendet

• Eisen essentiell, sonst Blutarmut/Anämie

• abiotische Synthese einfacher org. Moleküle aus anorganischen (bspw. Wasser, Stcikstoff, Kohlenstoffdioxid, Methan)

• häufig N oder O

• führt zu reaktiveren Molekülen

• Elektronegativität bestimmt Polarität (oben rechts am stärksten)

• Konnektivität unterschiedlich

• gleiche Summenformel

• gleiche Konnektivität

• unterschiedliche räumliche Ausrichtung

• Bsp.: cis-trans-Isomerie (Ausrichtung der Alkylgruppen um eine Doppel- oder Dreifachbindung -> beide nach oben/ unten oder eins hoch eins runter)

• C als chirales Zentrum (vier unterschiedliche Liganden)

• Bild und Spiegelbild

• C als chirales Zentrum (vier unterschiedliche Liganden)

• durch Drehung nicht ineinander überführbar

• Nukleinsäuren

• Kohlenhydrate

• Lipide

• Proteine

• besitzen Carboxyl-, Aminogruppe und H

• unterscheiden sich in Seitenkette (sind chiral bis auf Glycin)

• durch Kondensation entstehen Peptide (verbunden mit Peptidbindungen)

• ab ca. 100 Aminosäuren spricht man von Proteinen

• Biosynthese vom N- zu C-Terminus und Schreibrichtung

• sehr viele Klassen

• meist amphiphil

• gesättigte und ungesättigte fettsäuren sind Bestandteile von Membranen

• hydrophober Effekt im Wasser: lagern sich zusammen, hydrophober Kern und außen hydrophil -> semipermeabele Membran

• ab C=3 Namen: Triosen, Tetrosen, Pentosen, Hexosen -> Polysaccharide

• Hexosen und Pentosen dominieren

• Gleichgewicht zwischen linearer und ringförmiger Anordnung

• ringförmig stabiler

  
  

• Purinbasen (Adenin, Guanin)

• Pyrimidinbasen (Cytosin, Thymin, Uracil)

• Nukleosid: Nukleinbase + Zucker

• Nukleotid: Nukleinbasen + Zucker + Phosphat

• Nukleinsäuren: Polymere der Nukleotide -> Ribonukleinsäure (RNA) und Desoxyribunukleinsäure (DNA)

• immer 5’ -> 3’ -Ende

• Grundlage für Proteinstrukturen, Zusammenlagerung von Lipiden, DNA-Doppelhelix

• elektrostatisch (Anziehung unterschiedlicher Ladungen)

• anziehene WW -> neg. Vorzeichen

• Anziehungskraft wird durch das Coulomb‘sche Gesetzt definiert

• Kraft ist proportional zum Produkt der beiden Ladungen (d.h. sie ist größer bei größerer Ladung) und antiproportional zum Radius (d.h. sie ist größer bei kleinerem Radius)

• Mischung kovalenter und nicht kovalenter Bindung

• Wasserstoffdonor: elektronegatives Element und Wasserstoff mit positiver Partialladung

• Wasserstoffakzeptor: Atom mit freien Elektronenpaaren

• linear stärker als gewinkelt

  
  

• London-Kräfte: induzierte Dipole (Kontaktfläche)

• -> große Summe der schwachen Kräfte

• Dipol-Dipol-Kräfte: permanent

• Kontaktdistanz

• pi-Elektronensysteme über- und unterhalb von Ring stoßen sich ab

  • Anziehung nur wenn Ringe versetzt

• Anziehung mit Kationen

• Zentralatom oder -ion

• Liganden drumherum

• koordinative Bindungen, Lücken in Elektronenkonfiguration

• -> Hämoglobin & Chlorophyll

• Basen in DNA

  • 3 oder 2 H-Brücken-Bildung

  • spezifisch

• Dipole, die H-Brücken bilden

• flüssig: 1/4 der Brücken gelöst

• Eis: 100%gebildet

• um unpolare Moleküle sortieren sich Wassermoleküle -> Entrophie sinkt

• 2. HS TD: unpolare Moleküle lagern sich zusammen ´, Oberfläche kleiner -> Entrophie steigt

• schwache Säure/Base mit konjugiertem

• allmähliche Änderung des pH-Werts

• Blut: 7,4 +- 0,03

  • minimale Schwankungen: Azidose (<7,37), Alkalose (>7,43)

• 
  

• Einzeller ohne Zellkern

• ganz unterschiedlich

• Eukaryoten durch Aufnahme eines Prokaryoten entstanden

• Hohe Salzkonzentrationen

• Niedriger Sauerstoffanteil

• Hohe Temperaturen

• Hohe Drücke

• ringförmige DNA

• ADP durch Phosphorylierung “aufladen” -> ATP (Energie steckt in Phosphordiesterverbindung)

• Energie durch Hydrolyse freigeben (stark exergon)

ATP -> ADP + P

• Aminogruppe, Carboxylgruppe, Wasserstoff gleich

• Unterschied immer nur in Seitenkette

• fast nur L-Proteine (L fast immer in S-Konfiguration)

• 20 proteinogene Aminosäuren

• sind Zwitterionen und Ampholyte

• aliphatische Rest: Glycin, Alanin, Valin, Leucin, Isoleucin, Mathionin, Prolin

• aromatische Reste: Phenylalanin, Tyrosin, Tryptophan

• Alkohole: Serin, Threonin

• Thiole: Cystein

• Carboxyamide: Asparagin, Glutamin

• saure Reste: Asparaginsäure, Glutaminsäure

• basische Reste: Lysin, Arginin, Histidin

• Serin & Threonin: Phosphorylierung, Glykosylierung

• Tyrosin: Phosphorylierung

• Lysin: Methylierung, Acetylierung, Ubiquitinierung

• Cystein: Disulfid, Lipidierung

• Aspargin: Gykolisierung

• Arginin: Methylierung

• essentielle müssen mit Nahrung aufgenommen werden

  • Körper produzeirt sie nicht eigenständig, weil zu viele Sytheseschritte, zu energieaufwendig

  • Histidin, Isoleucin, Leucin, Lysin, Methionin, Phenylalanin, Threonin, Tryptophan, Valin

• nicht essentielle werden selbst prudziert: 1-3 Sytheseschritte (außer Arginin 10)

  • Alanin, Arginin, Asparagin, Aspartat, Cystein, Glutamat, Glutamin, Glycin, Prolin, Serin, Tyrosin

• beta-Alanin: Coenzym A

• D-Alanin: bakt. Zellwand

• gamma-Aminobuttersäure (GABA): Neurotransmitter

• L-Homoserin: Argininsythese

• Citrullin: Harnstoffzyklus

• Nachweis von Ammoniak und primären Aminen → Aminosäuren

• Reaktion mit Aminogruppe der Aminosäure, es bildet sich eine Schiff‘sche Base, durch Abspaltung von CO2 und dem Aminosäurerest bildet sich Amino-Ninhydrin, welches mit einem zweiten Molekül zu Ruhemans-Violet dimerisiert

• -> Kriminalistik: Fingerabdrücke

• Kondensation von Aminosäuren

• 2 Aminosäuren -> Dipeptid, Tripeptid, …, Oligopeptid

• ab ca. 100 Aminosäuren spricht man von Protein

• Proteinmasse in Dalten (1 Da = 1 g/mol)

• Sich wiederholende Einheiten bilden das Rückgrat, variable Seitenketten (R)

• Rückgrat bildet H-Brücken (NH-Gruppe → Donor, CO-Gruppe → Akzeptor)

• Drehung um C-alpha ist möglich: trans-Konfiguration bevorzugt, weil bei cis größere Abstoßung/sterische Hinderung

  • außer bei Prolin, da ist es egal

-> N-Terminus (aminoterminaler Rest) -> C-Terminus (carboxylterminaler Rest)

• Peptidhormone: chemische Signalstoffe, die von Hormondrüsen ausgeschüttet werden und über das Blut transportiert werden

• Neuropeptide: Botenstoffe im Nervensystem (Neurotransmitter, Neurohormone)

• Antimikrobielle Peptide: antimikrobielle Wirkung, d.h. Abwehr gegen Mikroorganismen

• Peptid-Antibiotika: ähnlich antimikrobielle Peptide

• Peptid-Arzneistoffe: ringförmige Peptide (Antibiotika)

• Toxine: z.B. von Schlangen, Kegelschnecken oder Amphibien

• Aminosäuresequenz 1953 ermittelt

• genau Abfolge von Aminosäuren (Primärstruktur; keine Raumstruktur, nur Reihenfolge)

• Nur L-Aminosäuren, die über alpha-Aminogruppen und alpha-Carboxygruppen verknüpft sind

• Verknüpfung der zwei Ketten und Stabilisierung durch Disulfidbrücke

• Präprohormon (besitzt ER-Signalpeptid)

• -> Spaltung der Signalpeptides (ER)

• Prohormon (inaktiv)

• -> Freisetzung des Hormons meist durch protolytische Spaltung

• Hormon

• viele Spezies & Strukturen

• amphiphil -> Interaktionen mit Membranen

• zB.: lagern sich in Membran ein, lagern sich zusammen und bilden so Kanal durch Membran

  • macht Mikroorganismus mit dieser Membran angreifbar

• Antibiotikum: von Pilzen oder Bakterien gebildetes niedermolekulares Stoffwechselprodukt, was Wachstum anderer Organismen hemmt/abtötet

• schwer Abbaubar durch: Häufig zyklisch, ungewöhnliche Bindungen, D-Aminosäuren oder nichtproteinogene Aminosäuren (also generell keine körpereigenen), häufig amphiphil (bilden Poren in Membranen -> Zelltod)

  
  

• Natürlich vorkommende Substanzen (z.B. Hormone, Neurotransmitter, Rezeptorliganden)

• Synthetische Peptide (oder modifizierte Peptide)

• können linear oder zyklisch sei

  • zyklisch: stabiler -> schwerer und langsamer abbaubar -> längere Wirkung

• Häufig Cys-reich

• Häufig modifizierte Aminosäuren (schwer abbaubar)

• Inhibieren z.B. Rezeptoren (Neurotoxine)

• Häufig „starre“ Moleküle

• Biosynthese •

  • durch Ribosomen (ribosomale Peptidsynthese), analog Proteinbiosynthese

  • oder durch Enzyme (nicht-ribosomal), in Bakterien und Pilzen (selten)

• chemische Peptidsynthese

  • durch Verknüpfen einzelner Aminosäuren

• Forschungszwecke (Struktur, Bindungsmotive usw.)

• Herstellung von Antikörpern (für die Forschung oder auch als Impfstoffe)

• Herstellung von Medikamente

• richtige Reihefolge wichtig und ohne Nebenreaktion der Seitenketten

• Aufbau synthetischer Peptide vom C- zum N-Terminus (Natur: andersrum) unter Verwendung spaltbarer Schutzgruppen

• Synthese erfolgt an einem polymeren Träger → Entfernen von Nebenprodukten

• auch Seitenketten müssen geschützt sein, reagieren sonst auch bei Lys, Arg, His, Glu, Asp, Ser, Thr, Tyr, Cys

  • N-terminale Schutzgruppe und Seitenkettenschutzgruppen müssen orthogonal „entschützbar“ sein (wenn Synthese abgeschlossen, dann erst entschützen)

• Vorteile:

  • Schneller und weniger Nebenprodukte als in flüssiger Phase

  • Hohe Reinheit und Ausbeute

  • Leichte Abtrennung der Reagenzien

  • Automatisierbar

  • Produktmenge (Milligramm- bis Gramm maßstab)

• Nachteile:

  • •Kupplung und „Entschützungen“ nicht immer vollständig

  • Nebenprodukte möglich (müssen abgetrennt werden)

  • Teilweise harsche Bedingungen (Abtrennen vom Harz durch Flusssäure)

• Probenmoleküle in der mobilen Phase wechselwirken mit der stationären Phase

• Trennung aufgrund der Stärke der Wechselwirkung

• Normalphasenchromatographie

  • staionäre Phase häufig Silica

  • unpolares Lösungsmittel entsprechend der Hydrophilie

• Umkehrphasenchromatographie

  • bevorzugt bei Trennung Peptiden

  • Unpolare stationäre Phase → häufig C18 Materialien

  • polares Lösungsmittel

-> Abfolge von Proteinen bestimmen

• Zyklischer Prozess in 3 Schritten:

  • 1. Kupplung

  • 2. Spaltung

  • 3. Konvertierung

• Identifizierung einer Aminosäuren (pro Zyklus) mittels UV-Absorption und Chromatographie

• Vorteile: •

  • Erste zuverlässige Sequenzierungsmethode

  • Sequenz von 30-60 Aminosäuren

  • Kaum Nebenprodukte

  • Automatisierung (Sequenator)

• Nachteile:

  • Relativ zeitaufwendig, mehrere Reaktionsschritte

  • Nur 30-60 Aminosäure

  • Nicht alle Aminosäuren gut nachweisbar/ quantifizierbar

  • Nebenprodukte schlecht abtrennbar

  • Kontaminationen (Detergenzien, Salze, Aminosäuren)

  • Repetitive Ausbeute (pro Schritt summieren sich Nebenprudukte)

• Fragmentierung an Peptidbindungen (hier: von links nach rechts)

• jeweils genau einmal fragmentiert per Zufall

• Ionenmischung entsteht mit Ladung auf C-Terminaler Stelle

• Massenunterschiede der Fragmente können im Massenspektrum abgelesen werden

• Peptidbindung (C-N) oszilliert zwischen Einfach- und Doppelbindung

• Doppelbindungscharakter → Rotation um die Peptidbindung wird verhindert

• Peptidbindung ist planar