Aufbau der Aminosäuren

Struktur der Aminosäuren

Durch die Seitenketten werden die chemischen Eigenschaften der Aminosäuren weitgehend bestimmt. Die Struktur und Funktion von Proteinen im Überblick. Betrachten wir die chemische Struktur einer Aminosäure genauer: Die Aminosäuren wie Glutathion sind für viele biologische Prozesse sehr wichtig. Die Aminosäuren wie Glutathion - Bausteine für den Eiweißaufbau.

Raumstruktur

Eiweiße sind sowohl in ihrer Zusammensetzung als auch in ihren Funktionen im Organismus unterschiedlich. Aus chemischer Sicht bestehen Eiweiße aus so genannten Aminosäuren. Die Aminosäuren sind Bestandteile von Kohle, Wasserstoffatomen, Sauerstoff- und Stickstoffverbindungen. Einige Aminosäuren enthalten auch Sulfat. Es gibt in der freien Wildbahn mehrere 100 unterschiedliche Aminosäuren. Der Mensch selbst verwendet jedoch nur 20 spezifische Aminosäuren für den Aufbau von Proteinen.

Sie werden auch als "proteinogene Aminosäuren" bezeichnet. Einige dieser Aminosäuren können vom Organismus selbst produziert werden. Die anderen müssen über die Nahrung aufgenommen werden - sie gehören zu den "essentiellen" Aminosäuren. Acht essentielle Aminosäuren sind: Hinzu kommen so genannte semi-essentielle Aminosäuren: Obwohl der Organismus im Grunde genommen selbst semi-essentielle Aminosäuren produzieren kann, braucht er als Ausgangsstoff einige essentielle Aminosäuren oder sogar noch mehr.

Bei der Kombination von 2 Aminosäuren bildet sich ein so genanntes Diamanten. Wenn es aus 3 Aminosäuren aufgebaut ist, nennt man es tripeptid. Ein Peptid enthält etwa 3 bis 100 Aminosäuren - es ist ein sehr kleines Proteins. Nur wenn sich mehr als 100 Aminosäuren vereinen, wird von einem Eiweiß gesprochen.

Titan ist das am längsten bekannteste humane Eiweiß. Die Aminosäurenkette umfasst rund 27.000 Aminosäuren. Titan kommt in den Muskelzellen des Menschen vor - dieses Eiweiß gewährleistet, dass die Muskelmasse zugleich fest und dehnbar bleibt. Jedes Eiweiß enthält durchschnittlich etwa 100 bis 800 Aminosäuren. Individuelle Aminosäurenketten können auch mehrfach auftauchen.

Je nach den beteiligten Aminosäuren können viele verschiedene Eiweiße produziert werden. Außerdem kommt es darauf an, in welcher Ordnung die Aminosäuren angeordnet sind. Grundsätzlich kann jede der 20 eiweißbildenden Aminosäuren mit jeder anderen beliebigen Sequenz kombiniert werden. Um es klarzustellen: In einem Diamanten sind zwei Aminosäuren aneinander gebunden.

Von den 20 eiweißbildenden Aminosäuren, aus denen der Organismus ein Peptid bilden kann, gibt es 2 (20x20=400) Möglichkeiten der Kombination allein für ein Dipet. So kann ein kleines Eiweiß von 100 Aminosäuren bereits aus 20 bis 100 (das bedeutet eine Anzahl von 130 Nullen) verschiedener Spezies bestehen.

Die einzelnen Eiweiße haben eine ganz spezielle Raumstruktur. Werden mehrere Aminosäuren miteinander verknüpft, entstehen komplexere Raumstrukturen. Eine einzige lange Kette von mehreren 100 Aminosäuren konnte keine Funktionen im Organismus haben. Zum besseren Verständnis der komplizierten räumlichen Gliederung von Proteinen wird deren Aufbau in vier Stufen beschrieben.

Primäre Struktur: Im ersten Teilschritt werden alle Aminosäuren aufgelistet, die in einem Eiweiss vorkommt. Darunter versteht man die so genannte primäre Struktur eines Eiweißes, d.h. die Sequenz der Aminosäuren. Sekundäre Struktur: Ein Eiweiss setzt sich aus vielen aufeinander folgenden Aminosäuren zusammen, die ihrerseits aus Einzelatomen zusammengesetzt sind. Insbesondere zwei Wasserstoff-Ionen tendieren dazu, sich gegenseitig zu verknüpfen - eine so genannte Wasserstoff-Brückenbindung.

So entsteht die sekundäre Struktur eines Proteins: Denn diese Wasserstoffbrücken bewirken, dass hintereinander liegende Aminosäuren nicht die Rolle einer Schnecke (? -helix) oder eines Akkordeons (? -folder) übernehmen. Der sekundäre Aufbau eines Eiweißes wirkt sich in der Regel nur auf die kurzen und eng benachbarten Ausschnitte aus. Tertiäre Struktur: Ein Eiweiß setzt sich aus mehreren aufeinander folgenden sekundären Strukturen zusammen.

Ein Teil einer Aminosäurenkette kann also die Gestalt einer Schnecke haben, der folgende Teil derselben Reihe wird als Kugel dargestellt. Dabei sind die Aminosäuresegmente nicht gerade ausgerichtet, sondern können sich in alle Himmelsrichtungen biegen - so entstehen drei-dimensionale Strukturen. Diese Raumstruktur ist darauf zurückzuführen, dass sich auch individuelle sekundäre Strukturen anlocken können, z.B. wenn sich zwei Schwefel-Atome aneinander binden (sog. Disulfidbrücke).

Die tertiäre Gliederung bezeichnet die gesamte räumliche Gliederung einer Eiweißkette. Quaternäre Struktur: Ein Eiweiß, das nur aus einer Aminosäurenkette zusammengesetzt ist, kann bereits durch seine tertiäre Zusammensetzung voll beschrieben werden. Abhängig davon, wie viele und wie viele Aminosäurenketten im Verhältnis zu einander angeordnet sind, entsteht die quaternäre Schicht. Typisch für ein Eiweiß mit quaternärer Zusammensetzung ist der Rotblutfarbstoff, auch bekannt als Haemoglobin.

Weil Hemoglobin aus vier tertiären Strukturen aufgebaut ist, nennen Fachleute dieses Eiweiß auch "Tetramer".

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