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Formulieren Sie die Reaktionsgleichungen zur Bildung von Tripeptiden aus Aminosäuren (siehe Abbildung)

2. Die Abbildung zeigt die Struktur einer Polypeptidkette auf verschiedenen Ebenen.
a) Erklären Sie, welche Strukturen des Proteins dargestellt sind.
b) Geben Sie an, welche Bindungskräfte die jeweilige Struktur stabilisieren.

3. Beschreiben und erklären Sie die in der Abbildung gezeigten Befund.

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x Achse: Temperatur in C

Y Achse: Anteil der Aminosäuren in a-Helix-Anordnung im Gesamtprotein in %

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1. Bildung von Tripeptiden aus Aminosäuren

Zur Bildung von Tripeptiden reagieren drei Aminosäuren in einer Kondensationsreaktion, bei der ein Molekül Wasser \(H_2O\) abgespalten wird. Dieser Prozess wird als Dehydratisierungssynthese bezeichnet. Jede Aminosäure besteht aus einer Amino-Gruppe \((-NH_2)\), einer Carboxyl-Gruppe \((-COOH)\), einem Wasserstoffatom und einer variablen Seitenkette, die als R-Gruppe bezeichnet wird (\(R_1, R_2, R_3\)).

Die vereinfachte allgemeine Formel für die Bildung eines Tripeptids könnte wie folgt aussehen:

\( \text{Aminosäure 1} + \text{Aminosäure 2} + \text{Aminosäure 3} \rightarrow \text{Tripeptid} + 2 H_2O \)

Spezifisch, unter Verwendung der generischen Bezeichnungen für Aminosäuren, könnte der Prozess so dargestellt werden:

\( H_2N-R_1-COOH + H_2N-R_2-COOH \rightarrow H_2N-R_1-CONH-R_2-COOH + H_2O \)
\( H_2N-R_1-CONH-R_2-COOH + H_2N-R_3-COOH \rightarrow H_2N-R_1-CONH-R_2-CONH-R_3-COOH + H_2O \)

Hierbei bilden die \(COOH\)-Gruppe der einen Aminosäure und die \(NH_2\)-Gruppe der nächsten Aminosäure eine Peptidbindung durch eine Kondensationsreaktion, bei der Wasser abgespalten wird. Das Endprodukt ist ein Tripeptid mit zwei Peptidbindungen.

2. Struktur einer Polypeptidkette

a) Dargestellte Strukturen des Proteins

Die vier Ebenen der Proteinstruktur sind:

- Primärstruktur: Sequenz der Aminosäuren in der Polypeptidkette.
- Sekundärstruktur: Lokale Faltung der Polypeptidkette in α-Helices oder β-Faltblätter durch Wasserstoffbrücken.
- Tertiärstruktur: Dreidimensionale Anordnung der gesamten Polypeptidkette, einschließlich α-Helices, β-Faltblätter und sonstiger Schleifen oder geknüpfter Bereiche, gestabilisiert durch verschiedene Arten von Bindungen und Wechselwirkungen.
- Quartärstruktur: Art und Weise, wie mehrere Polypeptidketten (Untereinheiten) sich zusammenlagern und interagieren, um ein funktionelles Protein zu bilden.

b) Bindungskräfte, die jeweilige Struktur stabilisieren

- Primärstruktur: Kovalente Peptidbindungen zwischen den Aminosäuren.
- Sekundärstruktur: Wasserstoffbrücken zwischen den Aminosäuren.
- Tertiärstruktur: Hydrophobe Wechselwirkungen, Salzbrücken, Wasserstoffbrücken, Van-der-Waals-Kräfte, und Disulfidbrücken (kovalent) zwischen Seitenketten.
- Quartärstruktur: Ähnlich wie bei der Tertiärstruktur: hydrophobe Wechselwirkungen, Salzbrücken, Wasserstoffbrücken, Van-der-Waals-Kräfte, und ggf. Disulfidbrücken.

3. Befund in der Abbildung

Die Abbildung zeigt, wie der Anteil der Aminosäuren, die in der α-Helix-Anordnung im Gesamtprotein vorkommen, sich in Abhängigkeit von der Temperatur verändert.

Mit steigender Temperatur sinkt der Anteil der Aminosäuren in α-Helix-Anordnung. Das liegt daran, dass mit der Zunahme der Temperatur die kinetische Energie der Moleküle im Protein steigt, was zu einer Störung der schwachen Bindungen führt, die die Sekundär- (und auch Tertiär-)Struktur stabilisieren, insbesondere der Wasserstoffbrückenbindungen in den α-Helices. Diese Destabilisierung führt zu einem Verlust der spezifischen Sekundärstruktur und kann bei weiterer Temperaturerhöhung letztendlich zur Denaturierung des Proteins führen, bei der es seine funktionelle Form vollständig verliert.
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