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Proteinogene und essenzielle Aminosäuren

Aminosäuren sind die Bausteine von Proteinen und haben verschiedene Bedeutungen im Körper als Enzyme, Membranproteine und Rezeptoren. Entdecke die Klassifizierung, Struktur und Unterschiede zwischen proteinogenen und essenziellen Aminosäuren. Interessiert? Dies und vieles mehr findest du im folgenden Text!

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Die Autor*innen
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André Otto
Proteinogene und essenzielle Aminosäuren
lernst du in der 9. Klasse - 10. Klasse

Proteinogene und essenzielle Aminosäuren Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Proteinogene und essenzielle Aminosäuren kannst du es wiederholen und üben.
  • Beschreibe die Eigenschaften der Aminosäuren.

    Tipps

    Proteinogen bedeutet, dass sich aus diesen Aminosäuren Proteine aufbauen.

    Nebenstehende Verbindung ist ein Dipeptid.

    Lösung

    Aminosäuren spielen eine wichtige Rolle in der belebten Natur, denn alle Proteine sind aus Aminosäuren aufgebaut. Ein anderes Wort für Protein ist Eiweiß. Lebewesen bestehen zu einem großen Teil aus Proteinen. Für den Menschen ist es wichtig, dass er Proteine zu sich nimmt, denn der menschliche Körper ist nicht in der Lage, alle für ihn wichtigen Aminosäuren selbst aufzubauen, weshalb er sie über die Nahrung aufnehmen muss. Insgesamt gibt es 20 bzw. 21 Aminosäuren, die für den Aufbau der Proteine zur Verfügung stehen. Alle bis auf eine dieser Aminosäuren sind chiral – nur das Glycin ist achiral.

  • Benenne folgende proteinogene Aminosäuren.

    Tipps

    Methionin enthält neben der Aminosäuregruppe noch eine Thioether-Gruppe.

    Glycin ist die einzige achirale Aminosäure.

    Cystein ist sowohl ein Mercaptan als auch eine Aminosäure.

    Lösung

    Zu den proteinogenen Aminosäuren gehören die 20 Aminosäuren, die im genetischen Code verbaut sind.

    Diese 20 Aminosäuren werden nach Eigenschaften der Seitenketten unterteilt, wobei Glycin eine eigene Gruppe darstellt:

    • polar/ neutral: Glutamin, Serin, Cystein, Threonin
    • sauer: Glutaminsäure, Asparaginsäure
    • unpolar/ hydrophob: Methionin, Prolin, Alanin, Valin
    • basisch: Histidin, Arginin, Lysin
  • Bestimme die essentiellen Aminosäuren.

    Tipps

    Phenylalanin ist eine essentielle Aminosäure.

    Lösung

    Bei den essentiellen Aminosäuren handelt es sich um Leucin, Phenylalanin und Methionin. Obwohl das Phenylalanin eine essentielle Aminosäure ist, gibt es Menschen, die eine Unverträglichkeit gegen diese Aminosäure besitzen: Ihr Stoffwechsel ist nicht in der Lage, die Aminosäure abzubauen.

  • Ermittle die Bindung bei der Proteinbildung aus Aminosäuren.

    Tipps

    Bei dem Rest ,,R" handelt es sich nicht um ein Atom, sondern um eine gegebenenfalls sehr komplexe Gruppierung.

    Lösung

    Die Peptidbindung $-NH-CO-$ ist für die Natur von immenser Bedeutung, denn durch sie lassen sich Aminosäuren zu Ketten und letztendlich zu großen Proteinen verknüpfen.

    Reagieren zwei Cabonsäurefunktionen unter Wasserabspaltung miteinander, so spricht man von einem Anhydrid. Anhydride werden oftmals in der Synthesechemie verwendet, da sie sehr reaktiv sind und genau aus diesem Grund sind sie für den Aufbau von Proteinen ungeeignet, sie würden einfach abreagieren. Die Spezies mit der $NH-NH$-Brücke ist ebenfalls zu instabil. Auch können nicht einfach die Reste R eine Bindung aufbauen, da es sich bei ihnen um teilweise komplexe Gruppierungen handelt. Eine Ausnahme besteht jedoch bei dem Aufbau der sogenannten Tertiär-Struktur von Proteinen, hier ist es nämlich so, dass zwei Cystein-Moleküle unter Ausbildung einer Disulfidbrücke ($S-S$) reagieren. Auch eine Veresterung von einer Säuregruppe mit dem Rest kann nicht stattfinden.

    Das heißt, es bleibt nur die Säureamidfunktion übrig, welche aus der Carboxylgruppe der einen und der Aminogruppe der anderen Aminosäure gebildet wird. Diese Amidfunktion ist sehr stabil.

  • Bestimme die charakteristischen Strukturmerkmale einer Aminosäure.

    Tipps

    Ein Kohlenstoffatom, welches vier verschiedene Bindungspartner hat, ist chiral.

    Lösung

    Jede proteinogene Aminosäure hat denselben prinzipiellen Aufbau. Sie besitzt eine Carboxylgruppe, auch Carbonsäuregruppe genannt, und in $\alpha$-Stellung dazu die Aminofunktion. Beide funktionellen Gruppen werden vom selben Kohlenstoffatom getragen, somit bleiben noch zwei weitere Bindungsstellen übrig. Die eine wird immer durch ein Wasserstoffatom besetzt und die andere durch einen organischen Rest, der dann festlegt, um welche Aminosäure es sich handelt. Wenn der organische Rest kein weiteres Wasserstoffatom ist, ist das Kohlenstoffatom, an dem sich die Gruppen befindet, chiral.

  • Benenne Aminosäuren anhand der Summenformel.

    Tipps

    Glycin ist eine achrirale Aminosäure.

    Durch Cystein wird die Ausbildung von Disulfidbrücken in Proteinen ermöglicht.

    Lösung

    Zu den proteinogenen Aminosäuren gehören die 20 Aminosäuren, die im genetischen Code verbaut sind, d.h. Aminosäuren, für die es ein Codon in der DNA gibt.

    Diese 20 Aminosäuren werden nach Eigenschaften der Seitenketten unterteilt, wobei Glycin eine eigene Gruppe darstellt:

    • polar/ neutral: Glutamin, Serin, Cystein, Threonin
    • sauer: Glutaminsäure, Asparaginsäure
    • unpolar/ hydrophob: Methionin, Prolin, Alanin, Valin
    • basisch: Histidin, Arginin, Lysin
    Aminosäuren sind, da sie schon sehr lang bekannt sind, mit Trivialnamen benannt. Aminosäuren ließen sich aber auch systematisch benennen. Das Glycin wäre dann die Amino-Essigsäure, das Valin die iso-propyl-Essigsäure, das Cystein die 2-Amino-3-mercapto-Propansäure und das Methionin die 2-Amino-4-methylmercapto-Buttersäure. Hier sieht man einen weiteren Grund, warum man Trivialnamen verwendet – die systematischen sind zu lang und teilweise sehr schwierig.