Disulfidbrücken
Disulfidbrücken sind chemische Bindungen, die sehr wichtig für die Struktur unserer Proteine sind. Woraus genau Disulfidbrücken bestehen und wie sie gebildet werden erklären wir dir hier und im Video !
Inhaltsübersicht
Disulfidbrücken einfach erklärt
Disulfidbrücken sind kovalente Atombindungen zwischen zwei Cystein-Molekülen von Aminosäureketten. Dabei bildet sich zwischen den Schwefelatomen der Aminosäuren eine Atombindung. Disulfidbrücken sind deswegen mit für die dreidimensionale Struktur von Proteinen verantwortlich.
Merke: Disulfidbrücken werden auch als Disulfidbindungen oder Cystinbrücken bezeichnet.
Disulfidbrücken in Proteinen
Proteine bestehen aus einer Kette von Aminosäuren, die durch Peptidbindungen miteinander verknüpft sind. Die Anreihung der Aminosäuren nennst du Primärstruktur. Um dem Protein nun auch noch eine dreidimensionale Struktur zu geben, kommt es noch zur Ausbildung von Sekundär -, Tertiär- und Quartärstrukturen.
An der Formung dieser Strukturen sind die Disulfidbrücken beteiligt. Eine der Aminosäuren in den Aminosäureketten ist das schwefelhaltige Cystein. Die Thiolgruppen (-SH) von zwei Cysteinen bilden dann miteinander eine Bindung aus. So bilden sich Schlaufen und die Aminosäureketten werden miteinander verknüpft. Dadurch entsteht eine dreidimensionale Struktur.
Cystein kommt vor allem in Proteinen in Haaren, Nägeln und Knochen vor. Diese Proteine kannst du auch als Strukturproteine bezeichnet, da sie für die Festigkeit von Gewebe und Haaren verantwortlich sind.
Wichtig: Methionin ist zwar ebenfalls eine schwefelhaltige Aminosäure, kann jedoch keine Disulfidbrücken ausbilden. Der Grund dafür ist, dass der Schwefel im Methionin in einer Thioetherbindung vorliegt und daher nicht zugänglich ist.
Bindung und Spaltung
Die Bildung einer Disulfidbrücke wird von einem Enzym katalysiert, beispielsweise von der Proteindisulfid-Reduktase. Es ist eine Oxidationsreaktion zwischen den zwei Thiolgruppen (-SH). Dadurch werden Wasserstoff und Elektronen abgegeben, gleichzeitig entsteht eine Disulfidbrücke.
Das ist eine kovalente Atombindung , bei der sich die zwei Schwefelatome die beiden Bindungselektronen teilen. Kovalente Bindungen sind stärker als beispielsweise Wasserstoffbrückenbindungen oder van-der-Waals-Bindungen .
Diese Reaktion kann nur in oxidativen Umgebungen wie dem Endoplasmatischen Retikulum (ER) oder anderen vom Cytoplasma abgetrennten Bereichen stattfinden. Denn im Cytoplasma herrscht eine reduzierende Umgebung, weswegen dort keine Oxidationsreaktionen durchgeführt werden können.
Wichtig: Bei Proteinen, die mehr als zwei Cysteine haben, gibt es mehrere Möglichkeiten diese zu verknüpfen. Dabei kann es natürlich auch zur Bildung von falschen Disulfidbrücken kommen. Diese müssen dann zuerst wieder gespalten und dann umgeknüpft werden.
Die Spaltung läuft dann mit einer Reduktionsreaktion ab. Das ist sozusagen die Rückreaktion der Oxidation. Aus der Disulfidbrücke werden bei Zuführung von Wasserstoff und Elektronen zwei Cysteine mit je einer Thiolgruppe gebildet.
Wenn du dir beim Friseur eine Dauerwelle machen lassen willst, müssen dafür auch zuerst die Disulfidbrücken in deinen Haaren gespalten werden. Dafür wird ein Reduktionsmittel wie β-Mercaptoethanol aufgetragen. Wenn die Haare dann mit Lockenwicklern in die gewünschte Form gebracht wurden, wird ein Oxidationsmittel wie z. B. Wasserstoffperoxid auf die Haare gesprüht. Dadurch werden neue Disulfidbrücken ausgebildet und somit die Locken fixiert.
Disulfidbrücken — häufigste Fragen
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Wie bilden sich Disulfidbrücken?
Disulfidbrücken werden aus zwei Cystein-Molekülen gebildet. Durch die Oxidation von zwei Thiolgruppen (-SH) entsteht eine kovalente Bindung zwischen den Schwefelatomen.
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Was machen Disulfidbrücken?
Disulfidbrücken stabilisieren die dreidimensionale Struktur von Proteinen. Sie formen Schlaufen und verknüpfen verschiedene Aminosäureketten miteinander.
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Welche Aminosäure kann Disulfidbrücken ausbilden?
Von den 21 proteinogenen Aminosäuren kann nur Cystein Disulfidbrücken ausbilden. Der Schwefel liegt dort in einer Thiolgruppe vor. Methionin ist zwar auch schwefelhaltig, allerdings ist der Schwefel in einer Thioetherbindung gebunden.
Wasserstoffbrückenbindungen
Du kennst dich nun mit Disulfidbrücken aus und wie sie gebildet werden. Für die Struktur von Proteinen sind aber noch andere chemische Bindungen wichtig! Schau dir hier etwas zu Wasserstoffbrückenbindungen an!
