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Nachweis von Proteinen

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André Otto
Nachweis von Proteinen
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Grundlagen zum Thema Nachweis von Proteinen

Inhalt

Nachweis von Proteinen – Chemie

Proteine haben neben ihrer Funktion als Eiweißlieferant in Nahrungsmitteln auch unzählige weitere Funktionen in allen lebenden Organismen. Dies macht sie zu einem wichtigen Grundbaustein für den menschlichen Körper. In den folgenden Abschnitten ist der qualitative Nachweis von Proteinen einfach erklärt.

Was sind Proteine und womit kann man Proteine nachweisen? – Definition

Proteine (Chemie), auch Eiweiße genannt, sind Biopolymere, die aus Aminosäuren aufgebaut sind. Die Aminosäuren sind dabei über Peptidbindungen zu mehr oder weniger langen Ketten verbunden. Je nach Länge der Kette spricht man von Di-, Tri-, …, Oligo- oder Polypeptiden. Die Länge der Kette kann bei den Nachweisreaktionen eine wichtige Rolle spielen. Zu den wichtigen Nachweisreaktionen gehören die Xanthoproteinreaktion, die Biuretreaktion, die Ninhydrinreaktion, die Millonreaktion sowie die Nachweise nach Lowry und Bradford und die BCA-Methode.

Nachweis von Proteinen mit der Xanthoproteinreaktion

Beim Nachweis von Proteinen mit der Xanthoproteinreaktion reagiert das Protein mit Salpetersäure. Ein gelber Farbumschlag bestätigt dabei die Anwesenheit von Proteinen. Dieser Nachweis ist auf das Vorhandensein der aromatischen Aminosäuren Phenylalanin, Tyrosin und Tryptophan angewiesen, da die Salpetersäure hier nur mit den Benzolringen dieser drei Aminosäuren reagiert.
Es findet eine Nitrierung statt. Dabei wird ein Wasserstoffatom am Benzolring durch eine Nitrogruppe ($\ce{NO2}$) ersetzt. Je nachdem wie viele der oben genannten Aminosäuren im Protein enthalten sind, kann es über die Gelbfärbung hinaus auch zu einer braunen Farbe kommen.

Xanthoproteinreaktion – Reaktionsgleichung

Die Reaktionsgleichung der Xanthoproteinreaktion sieht wie folgt aus:

Nachweis von Proteinen: Reaktionsgleichung der Xanthoproteinreaktion

Nachweis von Proteinen mit der Biuretreaktion

Der Eiweißnachweis mit der Biuretreaktion dient der Auswertung des Proteingehalts einer Probe. Er ist genau genommen aber ein Nachweis für die Peptidbindungen in Proteinen. Für diesen Nachweis wird zur untersuchten Probe zunächst Natronlauge hinzugegeben, um das Medium basisch zu machen. Anschließend werden Kupferionen $(\ce{Cu^{2+}})$ in Form von Kupfersulfat $(\ce{CuSO4})$ zugegeben. Wenn Proteine in der Lösung vorhanden sind, kommt es so zu einem violetten Farbumschlag. Die violette Farbe entsteht durch die Bildung eines Chelatkomplexes aus den Peptidbindungen und den Kupferionen.

Biuretreaktion – Reaktionsgleichung

Die Reaktionsgleichung der Biuretreaktion sieht wie folgt aus:

Nachweis von Proteinen: Reaktionsgleichung der Biuretreaktion

Nachweis von Proteinen mit der Ninhydrinreaktion

Der Nachweis von Proteinen mit der Ninhydrinreaktion ist eigentlich eine Nachweisreaktion für Aminosäuren. Hier reagieren die Aminogruppen $(\ce{NH2})$ der Aminosäuren mit dem Reagenz Ninhydrin unter Abspaltung von $\ce{CO2}$, $\ce{H2O}$ und einem Aldehyd zu einem Imin. Da nur die Endgruppen (Aminogruppen) reagieren, funktioniert diese Nachweisreaktion nur für kurzkettige Peptide, nicht aber für langkettige Polypeptide. Das Molekül, das bei dieser Reaktion entsteht, ist ein Farbstoff namens „Ruhemanns Purpur“ und hat eine violette Farbe. Diese Farbe kommt durch konjugierte Doppelbindungen im Molekül zustande. Eine violette Färbung der untersuchten Probe ist somit ein Nachweis für die Anwesenheit von Aminosäuren oder kurzkettigen Peptiden.

Nachweis von Proteinen mit der Millonreaktion

Die Millonreaktion ist ein Nachweis für die Aminosäure Tyrosin. Bei dieser Nachweisreaktion versetzt man die Probe mit einer Mischung aus salpetriger Säure $(\ce{HNO2})$ und Quecksilbernitrat $\ce{Hg(NO3)2}$. Es bildet sich anschließend ein Komplex aus einem Quecksilberion $(\ce{Hg^{2+}})$ und zwei Tyrosinmolekülen. Dieser Komplex hat eine karminrote Farbe. Somit ist die Entstehung einer karminroten Verfärbung ein Nachweis für tyrosinhaltige Proteine. Ein Nachteil dieser Reaktion ist, dass auch andere Moleküle mit phenolischen OH-Gruppen, wie zum Beispiel Thymol, einen solchen Komplex bilden können.

Wie kann man Proteine noch nachweisen?

Neben den bisher genannten Methoden gibt es noch drei weitere Möglichkeiten zum Nachweis von Proteinen in der Chemie. Bei allen folgenden Reaktionen deutet ein blauer Farbumschlag auf das Vorhandensein von Proteinen hin.

Beim Nachweis nach Lowry werden nach der Bildung des Komplexes aus der Biuretreaktion die $\ce{Cu^{2+}}$-Ionen zu $\ce{Cu^{+}}$-Ionen reduziert. Diese können anschließend Molybdän- und Wolfram-Heteropolysäuren reduzieren. Dies führt zur Bildung von Molybdänblau.

Für die BCA-Methode werden der Probe ebenfalls $\ce{Cu^{2+}}$-Ionen zugesetzt. Diese werden durch das Protein zu $\ce{Cu^{+}}$-Ionen reduziert. Die $\ce{Cu^{+}}$-Ionen bilden mit der Bicinchoninsäure einen blauen Komplex.

Die Durchführung des Nachweises nach Bradford beginnt mit der Zugabe des Farbstoffs Coomassie-Brilliant Blue zur Probe. Dieser bildet dann, wie bei den zwei vorherig genannten Nachweisen, auch einen blauen Komplex mit den Proteinen aus der Probensubstanz.

Zusammenfassung – Nachweise von Proteinen

Im Folgenden werden die wichtigsten Nachweismethoden für Proteine nochmals kurz zusammengefasst.

Reaktion Reagenzien Positiver Nachweis
Xanthoproteinreaktion Salpetersäure gelb bis braun
Biuretreaktion Natronlauge, Kupfersulfat violett
Ninhydrinreaktion Ninhydrin violett
Millonreaktion salpetrige Säure, Quecksilbernitrat karminrot
Nachweis nach Lowry Kupfersulfat, Molybdän-/Wolfram-Heteropolysäuren blau
BCA-Methode Kupfersulfat, Bicinchoninsäure blau
Nachweis nach Bradford Coomassie-Brilliant Blue blau

Im Anschluss an das Video und diesen Text findest du Übungsaufgaben und Arbeitsblätter zum Nachweis von Proteinen, um dein erlerntes Wissen zu überprüfen. Viel Spaß!

Transkript Nachweis von Proteinen

Guten Tag und herzlich willkommen! In diesem Video geht es um den Nachweis von Proteinen. Der Film gehört zu Reihe Proteine. An Vorkenntnissen solltest du schon etwas über Proteine wissen und dich in der anorganischen Chemie recht gut auskennen. Im Video möchte ich dir eine Übersicht über wichtige Protein-Nachweisverfahren geben. Der Film besteht aus 7 Abschnitten: 1. Was sind Proteine 2. Xanthoproteinreaktion 3. Biuretreaktion 4. Ninhydrinreaktion 5. Millonreaktion 6. Weitere Verfahren und 7. Zusammenfassung 1. Was sind Proteine? Über Proteine gibt es auf der Plattform eine Reihe guter Videos. Ihr könnt sie euch alle anschauen. Ich möchte euch hier nur die wesentlichen Merkmale der Proteine nennen. Proteine sind Biopolymere. Proteine sind aus Aminosäuren aufgebaut. Ein wichtiges Merkmal der Proteine ist die Peptidbindung. Sie besteht aus den 4 wichtigsten Elementen der organischen Chemie. Kohlenstoff, Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff. Die Peptidbindung ist eine Amidbindung. Im weiteren Sinne hat man zu unterscheiden nach Größe. Zwischen Di-, Tri-, Oligo und Polypeptiden. Bei den kürzeren Ketten, wächst die Bedeutung der Endgruppen. Der Carboxylgruppe COOH und der Aminogruppe NH2. Bei einer Nachweisreaktion wird das Bedeutung erlangen. Nach diesem Formalen Einstieg, noch ein paar Beispiele, wo wir Proteine antreffen. In Eiern, im Hähnchenfleisch, im Schweinekotelette, in Kürbiskernen, in der Milch und auch in Sojabohnen. 2. Xanthoproteinreaktion Bei diesem Nachweis, findet eine Reaktion des Proteins mit Salpetersäure statt. Es kommt zu einem Farbumschlag. Zu einem mehr oder weniger kräftigen Gelb. Für die Reaktion verantwortlich sind die Benzolringe bestimmter Aminosäuren. Erinnert euch: Benzolringe enthalten Phenylalanin, Tyrosin und Tryptophan. Wenn zum Beispiel Tyrosin nitriert wird, so wird die Nitrogruppe NO2 gegen ein Wasserstoffatom H ausgetauscht. Je nach dem wieviel dieser Aminosäuren enthalten sind und wie stark die Reaktion abläuft, gibt es eine Verfärbung zu gelb bis hellbraun. 3. Biuretreaktion Hier reagiert das Protein mit Kupfer 2-Ionen, die ihm in Form von Kupfersulfat hinzugegeben werden. Das Medium muss stark basisch sein. Darum wird ein Hydroxid hinzugegeben. Dieses liefert Hydroxidionen, OH-. Es kommt zu einem Farbumschlag nach hellblau. Hier ist ein Bild von einem solchen Experiment. Der hellblaue Teil im Reagenzglas zeigt an, dass es sich um ein Protein handelt. Ein bestimmter Kupfer-2-Komplex ist für diese Farbänderung verantwortlich. Ich möchte ihn euch ein mal veranschaulichen. Das Kupfer-2-Ion wird praktisch von 4 Bindungen wie durch eine Schere eingeschlossen. Ihr wisst vielleicht was das ist. Das ist ein Komplex vom Chelattyp. 4. Ninhydrinreaktion Wenn ein Protein mit der chemischen Verbindung Ninhydrin reagiert, so kann sich ein violetter Fabrstoff bilden. "Kann sich", habe ich daher gesagt, weil es sich bei dieser Reaktion eigentlich um einen Aminosäurenachweis handelt. Bei Proteinen funktioniert er nur dann, wenn man es mit kurzen Ketten, bis zu Oligopeptiden, zu tun hat. Dann spielen nämlich noch die Anfangs- und Endgruppen, das heißt die Carboxy- und die Aminogruppe, eine wichtige Rolle. Denkt an den Abschnitt 1. Bei der Reaktion reagieren 2 Moleküle der Verbindung Ninhydrin. Ich skizziere die Reaktion für eine Aminosäure. Kohlenstoffdioxid, Wasser und ein Aldehydmolekül werden frei. Es entsteht eine größeres Molekül. Dieses besitzt konjugierte Bindungen. Doppel- und Einfachbindungen wechseln sich ab. Dadurch wird es farbig. Man erhält einen violetten Farbstoff. 5. Millonreaktion Bei dieser Reaktion, reagiert das Protein mit salpetriger Säure. Außerdem benötigt man Quecksilberionen. Karminrote Farbe, zeigt die Anwesenheit des Proteins an. Die rote Farbe kommt durch das entstehen eines Quecksilberkomplexes zustande. Die Reaktion ist jedoch nicht spezifisch. Phenol und Thymol liefern einen ähnlichen Farbumschlag. 6. Weitere Verfahren Beim Nachweis von Proteinen, spielen Kupfer-2-Ionen eine große Rolle. Auch so bei diesem nächsten Verfahren. Hier werden sie zu Kupfer-1-Ionen reduziert. Diese ihrerseits, reduzieren das Molybdän und Wolfram im Molybdän-6 und Wolfram-6 Heteropolysäuren. Diese Reduktion führt zum sogenannten Molybdänblau. Dieses Verfahren ist benannt nacht "Lowry". Eine weitere Möglichkeit besteht in der Zugabe von Coomassie-Brillant-Blau. Das ist ein Triphenylmethyl-Farbstoff. Die Nachwesmethode erhielt ihren Namen nach "Bradford". Es bildet sich ein blauer Komplex. Und schließlich gibt es als Nachweis die BCA-Methode. Dort werden auch wieder Kupfer-2-Ionen eingesetzt, die zu Kupfer-1-Ionen reduziert werden. Mit Bicinchoninsäure bilden sie wieder einen Komplex. Und dieser ist wiederum, von blauer Farbe. Alle 3 Verfahren, die Nachweise nach Lowry und Bradford, sowie die Methode mit Bicinchoninsäure, zeigen die Anwesenheit von Proteinen, durch einem blauen Komplex an. 7. Zusammenfassung Proteine können durch verschiedene Farbreaktionen nachgewiesen werden. Einige Nachweise sind jedoch unspezifisch. Ich Danke für Eure Aufmerksamkeit, ich wünsche euch alles Gute und viel Erfolg! Auf Wiedersehen!

2 Kommentare

2 Kommentare
  1. "muss die Biuret Reaktion nicht violett sein ?
    Von Aniikii, vor einem Tag"

    Berlin, 23. August 2015
    André Otto schreibt:
    Liebe(r) Aniikii,
    die Biuret - Reaktion zum Nachweis von Proteinen erhielt ihren Namen aus der Analogie zur Komplexbildung von Kupfer(II)-Ionen mit dem Komplexbildner Biuret.
    Schon daran kann man erkennen, dass der genaue Farbton etwas anders liegen sollte. Oder anders gesagt, der Farbton wird durch die Aminosäuren bestimmt.
    Wenn du nun ganz exakt den Ton benennen möchtest, so liegst du bei der berühmten oder berüchtigten Schokoladenkuh wohl goldrichtig.
    Bitte denke auch daran, dass die Videos nicht einer einfachen Tatsachenvermittlung dienen. Die Fakten sollen dabei auch geordnet und mitunter vereinfacht werden.
    Und Lila kann man grob gesprochen auch als Blau verstehen. Es ist kein Rot, kein Gelb und kein Grün.
    Alles Gute und viel Erfolg
    André


    Von André Otto, vor fast 7 Jahren
  2. muss die Biuret Reaktion nicht violett sein ?

    Von Aniikii, vor fast 7 Jahren

Nachweis von Proteinen Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Nachweis von Proteinen kannst du es wiederholen und üben.
  • Bestimme die Lebensmittel, die Proteine enthalten.

    Tipps

    Proteine werden auch Eiweiße genannt.

    Proteine lassen sich oft in tierischen Lebensmitteln finden.

    Lösung

    Proteinreiche Lebensmittel sind oft tierische Lebensmittel wie Eier, Milchprodukte, Fleisch und Fisch. Aber auch in pflanzlichen Lebensmitteln, wie zum Beispiel Sojaprodukten, lassen sich viele Proteine finden. Kein Protein enthalten dagegen Obst und Wasser. Salz und Backpulver sind Salzverbindungen, die auch keine Proteine enthalten.

  • Beschreibe die Charakteristika zu folgenden Nachweisen.

    Tipps

    xanthos (griech.): gelb

    Lösung

    Die verschiedenen Nachweisreaktionen beruhen immer auf einer Reaktion des Proteins oder der Aminosäuren mit einem bestimmten Reagenz, was dann durch eine charakteristische Farbänderung angezeigt wird.

    1. Xanthoproteinreaktion: Bei diesem Nachweis wird konzentrierte Salpetersäure verwendet. Diese ist in der Lage, die Benzolringe, die einige Aminosäuren enthalten, zu nitrieren. Die entstandene Nitroverbindung ist gelb.
    2. Biuretreaktion: Hier werden Kupferionen in Form von Kupfersulfat als Nachweisreagenz verwendet. Der Stickstoff der Aminogruppen im Protein koordiniert an das Kupferion und es entsteht ein Chelatkomplex, der hellblau aussieht.
    3. Ninhydrinreaktion: Bei diesem Nachweis wird Ninhydrin verwendet. Dieses reagiert mit der Aminosäure, wobei ein Molekül mit konjugierten Doppelbindungen entsteht, welches violett aussieht.

  • Bestimme die Chemikalien, die du für einen Proteinnachweis benötigst.

    Tipps

    Welche Reagenzien verwenden die typischen Nachweisreaktionen?

    Lösung

    Es gibt eine Reihe von unterschiedlichen Nachweisreaktionen für Proteine. Diese nutzen alle unterschiedliche Reagenzien, die dann mit dem Protein reagieren.

    Mit den hier angegebenen Chemikalien lässt sich eine Biuretreaktion durchführen. Dafür benötigst du Kupfer(II)-Ionen, die du durch das Kupfersulfat erhältst. Außerdem muss die Reaktion im stark basischen Milieu ablaufen. Daher muss auch noch Natronlauge dazugegeben werden.

    Ist nun ein Protein in der Probe enthalten, färbt es sich hellblau, da das Protein und das Kupferion einen hellblauen Chelatkomplex bilden.

  • Beschrifte die einzelnen Bestandteile in einem Protein.

    Tipps

    Ein Protein besteht aus Aminosäuren.

    Aminosäuren besitzen Carboxygruppen und Aminogruppen.

    Lösung

    Bei dem hier abgebildeten Proteinausschnitt handelt es sich um Keratin. Das Protein bildet sich aus einzelnen Aminosäuren. Die Aminosäuren besitzen je eine Aminogruppe und eine Carboxygruppe. Reagieren diese miteinander, entsteht unter Abspaltung von Wasser eine Peptidbindung (siehe rechts). Dadurch können sich große Polymere bilden. Durch die gewundene Helixstruktur können sich zusätzlich noch intramolekulare Wasserstoffbrücken zwischen den Sauerstoffatomen und den Wasserstoffatomen am Stickstoff ausbilden.

  • Entscheide, welche Nachweise Proteine anzeigen.

    Tipps

    Zwei der Nachweise zeigen dir Zucker an.

    Lösung

    Proteine lassen sich durch verschiedene Reaktionen nachweisen. Die bekanntesten sind wohl die Xanthoproteinsynthese und die Biuretreaktion. Oft lässt sich allein vom Namen nicht erkennen, was sie nachweisen, weil sie nach ihren Entdeckern oder Nachweisreagenzien benannt sind.

    Die Tollens-Probe und die Fehling-Probe sind Nachweise für Zucker und mit der Marshschen Probe können Arsen und Antimon nachgewiesen werden,

  • Erkläre, warum Salpetersäure die Haut gelb färbt.

    Tipps

    Woraus besteht deine Haut?

    Lösung

    Deine Haut besteht aus Proteinen. Diese Proteine in der Haut reagieren natürlich genauso auf Nachweisreagenzien wie Proteine im Reagenzglas. Wenn also Salpetersäure mit der Haut in Berührung kommt, dann läuft die Xanthoproteinreaktion ab. Dabei reagieren die benzolhaltigen Aminosäuresequenzen wie Phenlyalanin, Tyrosin oder Tryptophan. Die Benzolringe werden nitriert. Es entsteht eine Nitroverbindung, die gelb aussieht.

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