Intramolekulare Wasserstoffbrücken in Aminosäuren.

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Alle -Aminosäuren können eine intramolekulare N···H-O Wasserstoffbrücke zwischen den beiden Endgruppen -COOH und -NH ausbilden. Bis zu -Aminopentansäure kann diese nur gebildet werden, wenn die COOH-Gruppe in der energetisch ungünstigeren trans-Orientierung vorliegt, sodass keines dieser Konformere das globale Minimum der jeweiligen Potenzialfläche ist.

Die Stärke der Wasserstoffbrückenbindung zeigt eine stetige Zunahme bis zu -Aminopentansäure, in der diese Bindung einen achtgliedrigen Ring schließt. In -Aminohexansäure ist die Wasserstoffbrückenbindung auf Grund von sterischen Problemen wieder schwächer, aber es gibt mehrere Konformere, in denen die COOH-Gruppe in einer verzerrten cis-Orientation auftritt. Es kann daher erwartet werden, dass zeta-Aminoheptansäure die Bildung eines durch eine Wasserstoffbrücke geschlossenen zehngliedrigen Ringes erlaubt, in dem die COOH-Gruppe in einer stabilen, unverzerrten cis-Orientation vorliegt.  

Die Erkenntnis, dass es eines zehngliedrigen Ringes bedarf, um eine Wasserstoffbrücke zu schließen ohne den Nachteil einer ungünstigen Orientierung in einem Teil des Ringes in Kauf nehmen zu müssen, gibt einen schönen Einblick in die Peptid- und Proteinchemie. Peptide und Proteine werden durch -Aminosäuren gebildet und können intramolekulare C=O···H-N Brücken bilden, die den N···H-O Brücken in -Aminosäuren sehr ähnlich sind. Diese intramolekularen Wasserstoffbrücken sind für die großräumige Struktur von Proteinen und Peptiden, und damit für ihre Funktion, verantwortlich. Auf Grund des Bauprinzips der Peptidkette ist die Ringgröße dabei auf einige wenige Werte beschränkt:

• -Helices werden durch Wasserstoffbrücken stabilisiert, die einen 13-gliedrigen Ring schließen; es gibt zwei verschiedene -Helices: rechtshändig und linkshändig.
• -turns, die Knicke in der Peptidkette verursachen, entstehen durch einen siebengliedrigen Ring; -turns treten ebenfalls in zwei verschiedenen Formen, up und down, auf, wie sie in den Abbildungen neben diesem und dem vorangegangenen Absatz an Hand des Modelltripeptides HCO-L-Ala-L-Ala-NH gezeigt sind; die Wasserstoffbrücke ist dabei jeweils durch eine dünne Linie verdeutlicht.
• Im Gegensatz dazu werden -turns durch einen zehngliedrigen Ring gebildet, dessen Größe auf Grund der Ergebnisse für -Aminosäuren optimal für die Bildung der ringschließenden Wasserstoffbrücke ist. Und tatsächlich gibt es mindestens zehn verschiedene -turns, die für eine Reihe von verschiedenen Sekundärstrukturelementen, wie etwa das Haarnadelmotiv (Abbildung) oder die 3-Helix, verantwortlich sind.

-Aminohexansäure.
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Ausgangspunkt der Wasserstoffbrücken-Tour.

Arbeitsbereich Quantenchemie.

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