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 in der alltäglichen Laborarbeit wichtig. Sie hilft Forschenden, Gelkonzentrationen für die SDS-PAGE zu wählen, eine Säule für die Gelfiltration auszusuchen und zu prüfen, ob ein massenspektrometrisches Ergebnis zum erwarteten Protein passt. Der vom Rechner ausgegebene Wert ist ein theoretisches Gewicht, das nur auf der Sequenz beruht. Reale Proteine können schwerer sein, weil nach dem Aufbau des Proteins chemische Gruppen angefügt werden, die als posttranslationale Modifikationen bezeichnet werden. Sie reichen von etwa 80 Da für eine einzelne Phosphatgruppe bis zu mehreren zehntausend Dalton für große 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 dem Aufsummieren der Reste wird ein Wassermolekül (18,010565 Da, zwei Wasserstoff-1-Atome plus ein Sauerstoff-16-Atom) wieder hinzugefügt. 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 Restmassen, die von Expasy veröffentlicht werden, in Dalton, für die 20 Standardaminosäuren:

Beispielrechnung

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

1. Addieren Sie die Restgewichte: 71,03711 + 57,02146 + 87,03203 = 215,0906 Da.
2. Addieren Sie ein Wassermolekül für die beiden Kettenenden: 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, meist in Dalton (Da) oder Kilodalton (kDa) angegeben, wobei 1 kDa gleich 1.000 Da ist. Sie entspricht der Summe der Gewichte der Aminosäurereste in der Sequenz plus einem Wassermolekül für die beiden Kettenenden.

Warum wird in der Formel Wasser addiert und nicht abgezogen? Bei der Bildung einer Peptidbindung wird ein Wassermolekül freigesetzt, und bei den in der Summe verwendeten Restgewichten ist dieses Wasser bereits abgezogen. Am Ende wird ein einzelnes Wassermolekül nur deshalb wieder addiert, um die freien Wasserstoff- und Hydroxylgruppen an den beiden Enden der fertigen Kette zu berücksichtigen.

Wie genau ist das berechnete Gewicht? Bei einem Protein ohne chemische Modifikationen ist die Berechnung so genau wie die verwendeten Aminosäuremassen, meist auf einen Bruchteil eines Dalton. Reale Proteine mit Modifikationen wie Glykosylierung oder Disulfidbrücken haben ein anderes Gewicht 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 Spezialwerkzeug berücksichtigt werden.

Wie rechne ich Dalton in Kilodalton um? Teilen Sie durch 1.000. Ein Protein von 25.000 Da entspricht 25 kDa. In Fachartikeln wird Da meist für kleine Peptide und kDa für größere Proteine verwendet.

Warum stimmt mein Gel- oder Massenspektrometrie-Ergebnis nicht mit dem berechneten Gewicht überein? Die häufigsten Ursachen sind posttranslationale Modifikationen, Disulfidbrücken oder ein Protein, das nach der Translation zu einer kürzeren reifen Form zurechtgeschnitten wurde. Bei sehr sauren oder sehr basischen Proteinen kann die SDS-PAGE außerdem eine Bande an einer irreführenden Position zeigen. Sie liefert daher nur eine grobe Schätzung der Molekülmasse.

Referenzen

1. National Institute of Standards and Technology. Atomic Weights and Isotopic Compositions for All Elements. NIST-Atomgewichte und Isotopenzusammensetzungen — relative Atommassen von Wasserstoff-1 (1,00782503223) und Sauerstoff-16 (15,99491461957), die zusammen 18,010565 Da für Wasser ergeben.
2. SIB Swiss Institute of Bioinformatics, Expasy. FindMod: amino acid and modification masses. Expasy-FindMod-Massen — monoisotopische Restmassen der 20 Standardaminosäuren; die Phosphorylierung fügt 79,9663 Da hinzu.