Proteine und Aminosäuren

Lehrkräfte-Hinweis zum Einsatz

Dieses Modul ist als Lehrkräfte-Ansicht vorbereitet. Die Inhalte können in Moodle als Text- und Medienfeld eingefügt und anschließend an Lerngruppe, Buchseite, Aufgabenstellung und vorhandene Materialien angepasst werden.

ChemieQ2Naturstoffe: Aminosäuren und Proteine

Differenzierte Hilfen

Die Hilfen sind bewusst sichtbar als feste Sections angelegt, damit sie in Moodle ohne JavaScript, Buttons oder Aufklappfunktionen funktionieren.

Hilfe A – Einstieg

Formuliere zuerst in eigenen Worten, worum es in Proteine und Aminosäuren geht. Markiere Schlüsselbegriffe, bekannte Größen, Operatoren und unklare Stellen.

Hilfe B – Vorgehen

Fachlich strukturieren: Teilchenebene, Stoffebene und Symbol-/Reaktionsebene trennen. Begriffe, Beobachtungen und Deutungen sichtbar voneinander unterscheiden.

Hilfe C – Vertiefung

Vertiefung: Modellgrenzen, Reaktionsbedingungen, Struktur-Eigenschafts-Beziehungen oder energetische Aspekte begründet einbeziehen.

Schritt-für-Schritt-Vorgehen / Erwartungshorizont

Diese Vorlage kann als Erwartungshorizont, Musterlösung oder Hilfekarte genutzt werden.

  1. Aufgabe lesen und fachliche Begriffe/Operatoren markieren.
  2. Stoffebene, Teilchenebene und Symbol-/Reaktionsebene trennen.
  3. Relevante Modelle, Formeln, Strukturmerkmale oder Reaktionsgleichungen ergänzen.
  4. Begründung schrittweise formulieren und Beobachtung von Deutung unterscheiden.
  5. Ergebnis mit Fachbegriffen, ggf. Skizze/Strukturformel und kurzem Fazit sichern.
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Proteine und Aminosäuren
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Vertiefung: Aminosäuren und ihre pKs-Werte

Der pKs-Wert ist ein Maß für die Säurestärke einer Verbindung. In Bezug auf Aminosäuren gibt der pKs-Wert Aufschluss darüber, bei welchem pH-Wert die Aminogruppe protoniert und die Carboxylgruppe deprotoniert ist. Dies ist entscheidend für das Verständnis der Pufferkapazität und der Zwitterionenbildung von Aminosäuren.

Aufgabe: Analysiere die Titrationskurve von Glutaminsäure und Valin. Notiere dir, warum die pKs-Werte der Aminosäuren besondere Punkte der Titrationskurve sind. Erläutere, warum die Kurve von Glutaminsäure sich von der Titrationskurve von Valin unterscheidet.

Mehr zu pKs und Titration

Achtung: Die Berechnung des pKs/pKb-Werts folgt noch in der Q3. Auch die Hendersson-Hasselbalch-Gleichung wird noch thematisiert. Diese Vertiefung greift nur bereits ein wenig vor.

Hilfe 1: Titration

Hilfe 2:pKs-Wert


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(1) Titration von Glutaminsäure
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(2) Titration von Valin
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Proteinstrukturen

Proteine weisen vier verschiedene Strukturebenen auf:

Primärstruktur: Bezeichnung für die Sequenz (Reihenfolge) der Aminosäuren eines Proteins.

Sekundärstruktur: Lokale Strukturelementie durch Wasserstoffbrücken zwischen den Peptidbindungen. Daraus ergeben sich z.B. α-Helix und β-Faltblatt.

Tertiärstruktur: Die vollständige dreidimensionale Struktur eines Proteins. Hier spielen die Wechselwirkungen zwischen den Aminosäurenseitenketten eine Rolle. Dazu gehören Wasserstoffbrücken, Van-der-Waals-Kräfte, Disulfidbrücken und ionische Wechselwirkungen.

Quartärstruktur: Die Anordnung von zwei oder mehr Proteinen oder Peptiden zu Untereinheiten.

Aufgabe 1: Erläutere in Bild (5) die einzelnen Darstellungen und ordne ihnen die Begriffe Primärstruktur, Sekundärstruktur, Tertiärstruktur und Quartärstruktur zu (Mehrfachauswahl möglich).

Aufgabe 2: Schaue dir das Video an und erläutere, was die Denaturierung von Proteinen mit den Strukturformen der Proteine zu tun hat.

Lösungen

Primärstruktur (4), Sekundärstruktur (1 und 6), Tertiärstruktur (2 und 5), Quartärstruktur (3)

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(4) Strukturformen eines Proteins
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(5) Zuordnung der Strukturformen
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Mesomeriestabilisierung von Peptiden

Mesomeriestabilisierung spielt eine wichtige Rolle in der Chemie der Peptiden. Durch Resonanz (Mesomerie) können Elektronen innerhalb eines Moleküls verteilt werden, was zu einer Stabilisierung des Moleküls führt. Diese Stabilisierung ist besonders wichtig für die Carboxylgruppe und die Aminogruppe in Aminosäuren.

Aufgabe: Notiere die Resonanzstrukturen vom Dipeptid Val-Gly.

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(6) Resonanzstrukturen der Carboxylgruppe
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Nachweisreaktionen von Proteinen und Aminosäuren

Es gibt verschiedene chemische Tests, um Proteine und Aminosäuren nachzuweisen, darunter die Biuret-Reaktion für Proteine und die Ninhydrin-Reaktion für freie Aminosäuren.

Aufgabe: Recherchiere die beiden Reaktionen und erstelle zu beiden Nachweisreaktionen ein mögliches Versuchsprotokoll inklusive Auswertung.

Studyflix: Biuret-Reaktion

Seilnacht: Biuret-Reaktion

Didaktik Uni Bayreuth: Ninhydrid (S. 6 bis 11)

Didaktik Uni Göttingen: Ninhydrid

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Trennverfahren für Aminosäuren und Proteine

Zur Trennung und Analyse von Aminosäuren und Proteinen werden verschiedene Techniken eingesetzt, darunter die Dünnschichtchromatographie (DC) und die Elektrophorese.

Dünnschichtchromatographie:

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Ursprünglicher Verweis: https://www.youtube.com/embed/4t7ZBGiqhw4?si=cHDg42E0R8_pWtZH

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Ursprünglicher Verweis: https://www.youtube.com/embed/EjKGVzpTEpo?si=EsH-vZ_n8E0dLfuq

Aufgabe: Erläutere die Prinzipien der Dünnschichtchromatographie und der Elektrophorese (siehe Modul vom letzten Mal) und vergleiche ihre Anwendungen.

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