Protein-Molekulargewichtsrechner | Kostenfreies MW-Tool

Rechner für die Molekülmasse von Proteinen

Ein Rechner für die Molekülmasse von Proteinen ermittelt die Masse eines Proteins anhand seiner Aminosäuresequenz. Das Ergebnis wird in Dalton (Da), der Standardeinheit für die Molekülmasse, angegeben. Ein Dalton entspricht ungefähr der Masse eines einzelnen Wasserstoffatoms.

Die Molekülmasse ist für die tägliche Laborarbeit wichtig. Sie hilft Forschenden, den Gelprozentsatz für SDS-PAGE auszuwählen, eine geeignete Säule für die Gelfiltration zu bestimmen und zu prüfen, ob ein massenspektrometrisches Ergebnis mit dem erwarteten Protein übereinstimmt. Der vom Rechner ausgegebene Wert ist eine theoretische Masse, die ausschließlich auf der Sequenz basiert. Reale Proteine können aufgrund chemischer Ergänzungen, die nach der Proteinsynthese entstehen und als posttranslationale Modifikationen bezeichnet werden, schwerer sein. Diese reichen von wenigen Dalton für eine einzelne Phosphatgruppe bis zu mehreren zehntausend Dalton für umfangreiche Zuckerketten.

Berechnung der Molekülmasse eines Proteins

Die Formel

$MW_{protein} = \sum_{i=1}^{n} MW_{residue_i} + MW_{water}$

Jede Aminosäure in einer Kette trägt ihr Restgewicht bei, nicht das Gewicht der freien Aminosäure. Wenn zwei Aminosäuren eine Peptidbindung eingehen, wird bei der Reaktion ein Wassermolekül freigesetzt. Bei den Restgewichten ist dieses Wasser bereits abgezogen, sodass die Summe der Sequenz automatisch alle inneren Peptidbindungen berücksichtigt.

Nach der Summierung der Reste wird ein Wassermolekül (18,010565 Da) wieder addiert. Damit werden die beiden freien Enden der Kette berücksichtigt: ein Wasserstoffatom am Anfang (der N-Terminus) und eine Hydroxylgruppe am Ende (der C-Terminus).

Ein häufiger Fehler besteht darin, für jede Peptidbindung Wasser abzuziehen und anschließend separat wieder ein Wassermolekül zu addieren. Dadurch wird der Wasserverlust doppelt gezählt, da die unten aufgeführten Restgewichte ihn bereits nicht enthalten. Der einzige Wasserterm in der Berechnung ist das einzelne Molekül, das am Ende addiert wird.

Gewichte der Aminosäurereste

Dies sind die monoisotopischen Massen der 20 Standardaminosäuren in Dalton:

Beispielrechnung

Nehmen wir die kurze Kette Alanin-Glycin-Serin, geschrieben als AGS.

1. Die Restgewichte addieren: 71,03711 + 57,02146 + 87,03203 = 215,0906 Da.
2. Ein Wassermolekül für die beiden Kettenenden addieren: 215,0906 + 18,010565 = 233,101165 Da.
3. Auf zwei Dezimalstellen gerundet beträgt die Molekülmasse von AGS 233,10 Da.

Für die beiden Peptidbindungen in diesem Tripeptid wird kein zusätzliches Wasser abgezogen. Dieser Verlust ist bereits in den drei im Schritt 1 verwendeten Restgewichten berücksichtigt.

Verwendung des Rechners für die Molekülmasse von Proteinen

1. Eine Sequenz unter Verwendung der standardmäßigen Einbuchstabencodes für Aminosäuren eingeben, zum Beispiel MVKMDVYKGSSIGDSMSRSM. Groß- und Kleinbuchstaben funktionieren gleichermaßen.
2. Der Rechner überprüft die Sequenz während der Eingabe und markiert jedes Zeichen, das nicht zu den 20 Standardcodes gehört.
3. Er zeigt die Molekülmasse in Dalton, die Sequenzlänge und eine Aufschlüsselung der Aminosäurezusammensetzung an.
4. Die Ergebnisse können mit einem Klick für Laborbücher oder Berichte kopiert werden.

Vor dem Einfügen einer Sequenz aus einer Datenbank wie UniProt sollte die FASTA-Kopfzeile (die mit > beginnende Zeile) sowie alle Positionsnummern aus einer Alignment-Software entfernt werden. Die Buchstaben X, B, Z und J sind keine Standardcodes für Aminosäuren und werden abgewiesen; sie müssen vor der Berechnung durch eine bestimmte Aminosäure ersetzt werden.

Warum die Molekülmasse von Proteinen wichtig ist

• Gelelektrophorese (SDS-PAGE): Kleine Proteine unter 20 kDa benötigen für eine gute Trennung ein Gel mit höherem Acrylamidanteil; große Proteine über 100 kDa benötigen einen niedrigeren Anteil.
• Gelfiltration: Der Molekülmassenbereich eines Proteins bestimmt, welches Säulenharz es angemessen trennt.
• Massenspektrometrie: Die berechnete Masse wird mit der gemessenen Masse verglichen, um die Identität zu bestätigen oder unerwartete Veränderungen festzustellen.
• Peptidsynthese: Die Molekülmasse legt die genaue Menge an Ausgangsmaterial fest, die für jeden Kupplungsschritt benötigt wird.
• Puffer- und Dosierungsberechnungen: Für die Umrechnung zwischen Molarität und Massenkonzentration wird die Molekülmasse benötigt.

Einschränkungen

Der Rechner gibt eine theoretische Masse aus, die ausschließlich auf der Sequenz basiert. Er berücksichtigt Folgendes nicht:

• Posttranslationale Modifikationen, etwa die bei der Glykosylierung hinzugefügten Zuckerketten oder die bei der Phosphorylierung hinzugefügten Phosphatgruppen. Diese müssen manuell ergänzt oder massenspektrometrisch bestimmt werden.
• Disulfidbindungen. Jede Bindung zwischen zwei Cysteinresten entfernt zwei Wasserstoffatome, etwa 2,02 Da pro Bindung. Der Rechner geht davon aus, dass alle Cysteinreste ungebunden sind.
• Nicht standardmäßige Aminosäuren, etwa Selenocystein oder Pyrrolysin, sowie chemisch modifizierte Reste wie Hydroxyprolin.
• Kofaktoren, etwa Hämgruppen oder an das Protein gebundene Metallionen.

Häufig gestellte Fragen

Was ist die Molekülmasse eines Proteins? Sie ist die Gesamtmasse eines Proteins, die gewöhnlich in Dalton (Da) oder Kilodalton (kDa) angegeben wird, wobei 1 kDa 1.000 Da entspricht. Sie ergibt sich aus der Summe der Gewichte der Aminosäurereste in der Sequenz plus einem Wassermolekül für die beiden Kettenenden.

Warum addiert die Formel Wasser, statt es abzuziehen? Bei der Bildung einer Peptidbindung wird ein Wassermolekül freigesetzt, und das in der Summe verwendete Restgewicht enthält dieses Wasser bereits nicht mehr. Am Ende wird nur ein Wassermolekül wieder addiert, um die freien Wasserstoff- und Hydroxylgruppen an den beiden Enden der fertigen Kette zu berücksichtigen.

Wie genau ist die berechnete Masse? Bei einem Protein ohne chemische Modifikationen ist die Berechnung so genau wie die verwendeten Aminosäuremassen, typischerweise auf einen Bruchteil eines Dalton genau. Reale Proteine mit Modifikationen wie Glykosylierungen oder Disulfidbindungen haben eine andere Masse als der berechnete Wert.

Kann der Rechner modifizierte oder nicht standardmäßige Aminosäuren verarbeiten? Nein. Er unterstützt nur die 20 Standardaminosäuren. Selenocystein, Pyrrolysin und andere modifizierte Reste werden nicht erkannt und müssen durch eine manuelle Korrektur oder ein spezialisiertes Werkzeug berücksichtigt werden.

Wie rechne ich Dalton in Kilodalton um? Durch 1.000 teilen. Ein Protein mit 25.000 Da hat 25 kDa. In Fachartikeln wird Da üblicherweise für kleine Peptide und kDa für größere Proteine verwendet.

Warum stimmt das Ergebnis meiner Gelelektrophorese oder Massenspektrometrie nicht mit der berechneten Masse überein? Die häufigsten Ursachen sind posttranslationale Modifikationen, Disulfidbindungen oder ein Protein, das nach der Translation zu einer kürzeren reifen Form verarbeitet wurde. Eine weitere Ursache ist eine nicht übereinstimmende Massenart. Dieser Rechner gibt die monoisotopische Masse an, bei der das leichteste Isotop jedes Atoms verwendet wird. Viele andere Werkzeuge, darunter ExPASy ProtParam, geben stattdessen die mittlere Masse an. Die mittlere Masse ist höher: bei einem kurzen Peptid um weniger als 1 Da und bei einem großen Protein um mehrere Dutzend Dalton. Bei sehr sauren oder sehr basischen Proteinen kann SDS-PAGE außerdem eine Bande an einer irreführenden Position zeigen und liefert daher nur eine grobe Schätzung der Molekülmasse.