Begriff der Proteine

Wir erklären, was Proteine sind und welche Arten von Proteinen es gibt. Wofür sie verwendet werden, ihre Strukturebenen und Lebensmittel.

Was ist Protein?

Proteine sind Makromoleküle, die aus Struktureinheiten, den Aminosäuren, bestehen. Sie enthalten immer Kohlenstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff und oft auch Schwefel in ihrer Struktur.

Aminosäuren sind organische Moleküle, die aus einer funktionellen Aminogruppe (-NH2) am einen Ende und einer funktionellen Carboxylgruppe (-COOH) am anderen Ende bestehen. Es gibt zwanzig grundlegende Aminosäuren, die in verschiedenen Kombinationen die Grundlage der Proteine bilden. Zwei Beispiele für Aminosäuren sind Alanin und Cystein:

Um Proteine zu bilden, werden Aminosäuren durch Peptidbindungen miteinander verbunden, d.h. durch die Verbindung des Endes mit der funktionellen Aminogruppe (-NH2) einer Aminosäure mit dem Ende, das die funktionelle Carboxylgruppe (-COOH) einer anderen Aminosäure enthält. Auf diese Weise werden die Aminosäuren in verschiedenen Kombinationen und so oft wie nötig miteinander verbunden, bis jedes spezifische Protein gebildet ist. Ein Beispiel dafür, wie die Peptidbindung gebildet wird, ist in der folgenden Abbildung zu sehen, in der Alanin in rosa, Cystein in rot und die Peptidbindung in blau dargestellt ist:

Siehe auch: Enzyme

Arten von Proteinen

Proteine sind für den Organismus sehr wichtig, da sie an allen Prozessen beteiligt sind, die er durchführt. Sie können nach folgenden Kriterien klassifiziert werden:

• Ihre chemische Zusammensetzung:
  • Einfache Proteine. Sie werden auch als Holoproteine bezeichnet und bestehen nur aus Aminosäuren oder deren Derivaten.
  • Konjugierte Proteine. Sie werden auch als Heteroproteine bezeichnet, da ihre Struktur neben Aminosäuren auch aus anderen Stoffen wie Metallen, Ionen u.a. besteht.
• Ihre dreidimensionale Form (räumliche Verteilung ihrer Struktur):
  • Faserproteine. Sie haben die Struktur von langen Fasern und sind unlöslich in Wasser.
  • Globuläre Proteine. Ihre Struktur ist gewunden und kompakt, fast kugelförmig, und sie sind in der Regel wasserlöslich.

Wozu werden Proteine verwendet?

Proteine sind für den menschlichen Körper und sein Wachstum unerlässlich. Einige ihrer Funktionen sind:

• Strukturell. Viele Proteine sind für die Form, die Elastizität und den Halt der Zellen und damit auch der Gewebe verantwortlich. Zum Beispiel: Kollagen, Elastin und Tubulin.
• Immunologisch. Antikörper sind Proteine, die der Abwehr von äußeren Einflüssen oder Infektionen dienen, die menschliche und tierische Organismen befallen.
• Motor. Myosin und Aktin sind Proteine, die Bewegung ermöglichen. Außerdem ist Myosin Teil des kontraktilen Rings bei der Zellteilung und ermöglicht die Zytokinese (Trennung der Zellen durch Abschnürung).
• Enzymatisch. Einige Proteine beschleunigen bestimmte Stoffwechselprozesse. Beispiele für enzymatische Proteine sind Pepsin und Sucrase.
• Homöostatisch. Unter Homöostase versteht man die Aufrechterhaltung des inneren Gleichgewichts in Organismen. Proteine mit homöostatischer Funktion halten zusammen mit anderen Regulationssystemen die pH-Regulation dieser Organismen aufrecht.
• Reserve. Viele Proteine sind für viele Organismen eine Quelle für Energie und Kohlenstoff. Zum Beispiel: Casein und Ovalbumin.

Strukturelle Ebenen von Proteinen

Die Struktur eines Proteins kann in verschiedene Ebenen der Organisation und Verteilung seiner Komponenteneinheiten eingeteilt werden, entsprechend:

• Primärstruktur. Dies ist die Abfolge der Aminosäuren, aus denen ein Protein besteht (bezieht sich nur auf die Arten von Aminosäuren, aus denen seine Struktur besteht, und die Reihenfolge, in der sie miteinander verbunden sind).
• Sekundärstruktur. Beschreibt die lokale Ausrichtung der verschiedenen Segmente, aus denen ein Protein besteht. Im Allgemeinen gibt es noch andere Arten, aber die wichtigsten sind: Alpha-Helix (ein Segment mit einer spiralförmigen Struktur) und gefaltetes Beta-Faltblatt (ein Segment mit einer gestreckten und gefalteten Form, ähnlich einem Akkordeon). Die Formen beider Segmente werden hauptsächlich durch wasserstoffbrückenbildende Wechselwirkungen erzeugt und stabilisiert.
• Tertiärstruktur. Dabei handelt es sich um die räumliche Anordnung der Sekundärstruktur, die sich in Form von kugelförmigen oder faserigen Proteinen ausbilden kann. Die Tertiärstruktur wird durch Van-der-Waals-Wechselwirkungen, durch Disulfidbrücken zwischen den schwefelhaltigen Aminosäuren, durch hydrophobe Kräfte und durch Wechselwirkungen zwischen Aminosäureradikalen stabilisiert.
• Quartäre Struktur. Entsteht durch die Verbindung mehrerer Peptidsegmente, d. h. es ist aus der Verbindung mehrerer Proteine aufgebaut. Proteine mit einer quaternären Struktur werden auch als oligomere Proteine bezeichnet und machen nicht die Mehrheit der Proteine aus. Diese Struktur wird durch die gleiche Art von Wechselwirkungen stabilisiert, die auch die Tertiärstruktur stabilisieren.

Wenn Proteine hohen Temperaturen, drastischen pH-Änderungen, der Einwirkung bestimmter organischer Lösungsmittel und anderen Faktoren ausgesetzt sind, werden sie denaturiert. Unter Denaturierung versteht man den Verlust der Sekundär-, Tertiär- und Quartärstrukturen, wodurch die Polypeptidkette keine feste dreidimensionale Struktur mehr aufweist; man könnte sagen, sie ist auf ihre Primärstruktur reduziert. Wenn das Protein diese Strukturen wieder annimmt (in seine ursprüngliche Form zurückkehrt), wird es renaturiert. Die folgende Abbildung zeigt die verschiedenen Strukturen eines Proteins:

Eiweißreiche Lebensmittel

Eiweißreiche Lebensmittel werden für eine gesunde, eiweißreiche Ernährung empfohlen. Shakes liefern einen großen Teil der empfohlenen täglichen Eiweißzufuhr.

Es gibt zwei Arten von eiweißreichen Lebensmitteln: pflanzliche und tierische Lebensmittel. Eiweißreiche Lebensmittel tierischen Ursprungs sind Eier, Fisch, Milchprodukte sowie rotes und weißes Fleisch. Nüsse, Soja, Getreide und Hülsenfrüchte sind Lebensmittel mit hohem Gehalt an pflanzlichen Proteinen.

Referenzen:

• „Motor proteins of the cytoskeleton“ von Jose Manuel Andreu (Special Lasker Award). (November 2012).
• „Química biológica“ von Antonio Blanco. Achte Auflage, El Ateneo (2006). ISBN: 9500204223.

Letzte Ausgabe: 5. Oktober 2020. Zitierweise: „Proteine“. Autorin: María Estela Raffino. Aus: Argentinien. An: Concepto.de. Erhältlich bei: https://concepto.de/proteinas/. Zugriff: 24. März 2021.