47. Kalenderwoche: Montag

Methionin: ein Multi-Talent

Heute beschäftigen wir uns zuerst mit der 2. schwefelhaltigen Aminosäure, dem Methionin (Met; α-Amino-3-γ-methylmercaptobuttersäure oder 2-Amino-3-methylthiobutansäure; Methylthioether des Homocysteins). Diese Aminosäure sichert die Versorgung mit Cys. Der Thioether von Met ist die Voraussetzung für seine zentrale Funktion als Donor einer Methylgruppe („aktives Methyl“). Zur Erfüllung dieser Funktion wird der Thioether in die entsprechende Sulfoninumverbindung umgewandelt: durch nukleophile Substitution entsteht aus Met & ATP (unter Verdrängung der Phosphatgruppen: PP_i + P_i werden freigesetzt) durch Anbindung des S-Atoms an die CH₂-Gruppe von Adenosin S-Adenosylmethionin. Die Methylgruppe wird durch Transferasen vielfältig genutzt, z.B. zur Synthese von Kreatin aus Guanidinessigsäure oder von Cholin und bei der Inaktivierung von Katecholaminen durch entsprechende O-Methyltransferasen. Die Methylgruppe wird jeweils auf ein freies Elektronenpaar von N/O übertragen (die Reaktion ist irreversibel!), der Adenosinthioether wird hydrolytisch durch Adenosylhomocysteinase gespalten: es entsteht Homocystein (die Kohlenwasserstoffkette von Cystein ist um -CH₂- verlängert). Das (kostbare) S-Atom wird wie folgt genutzt:

1. Met-Regeneration: unter Beteiligung von Vitamin B₁₂ wird N^₅-Methyl Tetrahydrofolsäure (oder auch Betain) zur Regeneration von Methionin durch die Homocystein Methyltransferase eingesetzt. Diese Reaktion ist die einzige Nutzung von N^₅-Methyl Tetrahydrofolsäure als Methyl-Donor.
2. Cys-Synthese: zusammen mit Ser bildet Homocystein einen Thioether, das Cystationin (gebildet durch die Cystationin-Synthase). Cys wird vom an Pyridoxalphosphat gebundenen Homocysteinteil entfernt (Cys-Gewinnung!), das gebundene C4-Fragment liefert nach Umlagerung 2-Oxobutyrat (und Ammonium), welches durch oxidative Decarboxylierung in Propionyl-CoA umgesetzt wird.

In der Proteinbiosynthese spielt das in Proteinen eher selten vorkommende Methionin eine spezielle Rolle: das Startkodon AUG kodiert für Met. Bei Eubakterien wird N-Formyl-Met an die erste Position jedes Proteins eingesetzt (die Aminogruppe am Anfang ist somit bei der Synthese blockiert). Die Formylgruppe oder dann auch Met kann im Laufe der Proteinproduktion abgespalten werden. Die Formylgruppe wird übrigens von einer Aminosäure geliefert: welcher?

Und nun zu den Prinzipien der DNA Struktur.

Prinzipien der DNA-Struktur

Nach der Entschlüsselung der Basenpaarung durch die Komplementarität, die H-Brückenbindungen schaffen, nun zur Struktur.

Als Auffrischung als erstes bitte die Purin- und Pyrimidinringe mit der Nummerierung ihrer Atome zeichnen. Durch Bildung einer β-N-glykosidischen Bindung von N1 (Pyrimidine) oder N9 (Purine) an 2‘-Desoxyribose entstehen die Nukleoside (-osin an Namen oder Purinbasen, -idin bei Pyrimidinbasen). Bitte beachten: die Positionen 3‘ und 5‘ der Pentose sind durch Hydroxylgruppen belegt, ideal für Esterbindungen.

Aus Nukleosiden werden durch Beladung der 5‘-OH Gruppe mit Phosphat die Mono-, Di- und Triphosphatnukleotide. Die Verknüpfung von Phosphat mit Zucker erfolgt als Esterbindung (klar), die folgenden Verknüpfungen der Phosphatgruppen untereinander sind (energiereiche) Säureanhydridbindungen. Die Synthese von Nukleinsäuren beginnt immer vom 5‘-Anfang hin zum 3‘-Ende (Polarität).

Bitte beachten: Phosphorsäure ist eine 3-wertige Säure, weshalb eine Funktion nach Diesterbindung frei bleibt. Nukleinsäuren sind im Neutralbereich somit immer negativ geladen (Anion), können also mit positiv geladenen Proteinen Komplexe bilden. Bitte ein Dinukleotid (5‘A-C-3‘) zeichnen und diese negative Ladung hervorheben.

Bitte darunter die beiden Nukeotidtriphosphate (ATP, CTP) so zeichnen, daß die 3‘-OH Gruppe von ATP ideal zur Diesterbildung positioniert ist. Welches Produkt wird bei dessen Bildung freigesetzt? Warum? Was kann mit diesem Produkt passieren (das Prinzip gekoppelter Reaktion kommt jetzt ins Spiel)? Und diese Reaktion der Phosphorsäurediesterbildung erklärt auch, warum in der Erbsubstanz 2‘-Desoxy (DNA) statt Ribose vorkommt. Warum? Was meinen Sie?

Haben Sie Fragen?

Wenn ja, gehen Sie hierfür auf die sli.do Internetseite: https://app.sli.do/event/9fan4aqs

Der Code für Biochemie Fragen für die Kalenderwoche 47 lautet: # E472