3.6
Was sind Proteine?
Überblick
Proteine sind Ketten von Aminosäuren, die durch Peptidbindungen verbunden und in einer 3-dimensionalen Struktur gefaltet sind. Die Seitenket…
Das Protein ist eine Kette von Aminosäuren, die aus Amin- und Carboxylgruppen zusammengesetzt ist. Gemeinsam mit verschiedenen Seitengruppen, bezeichnet als R, an einem Karbonkern gebunden sind. Aminosäuren sind durch kovalente Peptidbindungen verbunden.
Die sich wiederholende Reihe von Atomen entlang des Kerns wird das Polypeptidrückgrat genannt. Die Sequens beginnt am N-Terminus mit einer freien Aminogruppe NH3 plus und endet mit dem C-Terminus, eine freie Carboxylgruppe COO minus. Jedes Protein ist einzigartig, abhängig von der Anzahl der Aminosäuren und deren Seitenketten.
Das Schilddrüsen-Releasing-Hormon hat 234 Aminosäuren, wohingegen das verbundene elastische Muskelprotein über vierunddreißig Tausend hat. Außerdem gibt es zwanzig verschiedene Seitenketten, die in eine von vier Gruppen fallen. Negative polare Aminosäuren, wie die Asparagin- und Glutaminsäuren, haben Seitenketten mit einer Carboxylgruppe.
Deswegen agieren diese wie Säure mit neutralem pH-Wert. Positive polare Aminosäuren wirken wie Basen und haben eine Aminogruppe in ihrer Seitenkette. Mehrere Aminosäuren sind polar, aber ungeladen.
Sie neigen dazu hydrophil zu sein und formen den äußeren Abschnitt eines gefalteten Proteins, wo sie frei mit dem aquatischen Umfeld interagieren können. Und schließlich eine große Aminosäurengruppe enthält unpolare Seitenketten. Sie können einfach sein, wie bei Glyzin oder komplex sein, wie Prolin und Tryptophan. Unpolare Seitenketten machen im Allgemeinen Aminosäuren hydrophob, und bilden den Kern vieler Proteine.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: What is the basic structure of an amino acid?
An amino acid contains a carboxyl group and an amino group attached to the same carbon atom, called the alpha-carbon. A side chain, or R-group, extends from this central carbon and determines the amino acid's chemical identity and properties. The simplest amino acid is glycine, which has only a hydrogen atom as its side chain.
Q2: How are amino acids linked together in proteins?
Amino acids are linked through covalent peptide bonds formed between the amino group of one amino acid and the carboxyl group of an adjacent amino acid. This process occurs through dehydration synthesis, where one water molecule is released during each linkage. The resulting chain forms the polypeptide backbone, with a free amino group at the N-terminus and a free carboxyl group at the C-terminus.
Q3: What are the four main groups of amino acid side chains?
The 20 amino acids used in proteins have side chains classified into four groups: negative polar amino acids with carboxyl groups that act as acids; positive polar amino acids with amino groups that act as bases; polar uncharged amino acids that are hydrophilic; and nonpolar amino acids with hydrophobic side chains. These properties determine how amino acids interact and fold within proteins.
Q4: How does pH affect the chemical properties of amino acids?
At low pH, both carboxyl and amino groups are protonated, making the amino acid act as a base. At high pH, both groups are deprotonated, causing it to act as an acid. At neutral pH, typical in physiological environments, the amino group is protonated and the carboxyl group is deprotonated, creating a zwitterion with both positive and negative charges.
Q5: What determines the uniqueness of each protein?
Each protein's uniqueness depends on the number of amino acids in its chain and the specific sequence of their side chains. For example, thyroid-releasing hormone contains 234 amino acids, while the elastic muscle protein connectin has over 34,000. The side chain composition and arrangement directly influence how the protein folds and functions.
Q6: What is the difference between a polypeptide and a protein?
A polypeptide is a chain of amino acids linked by peptide bonds, with chains containing fewer than 20 amino acids called oligopeptides. A protein is a polypeptide that has folded into a three-dimensional structure and is ready to perform its specific cellular function. Length, structural complexity, and functionality distinguish proteins from simpler polypeptide chains.
Q7: What are the major functions of proteins in cells?
Proteins serve diverse cellular functions including providing structural support like collagen, enabling movement through actin and myosin in muscles, catalyzing reactions as enzymes, transporting molecules across cell membranes, and defending organisms through antibodies. Together with carbohydrates, nucleic acids, and lipids, proteins are fundamental building blocks essential to all life.