Struktur und Funktion der Proteine

Biotechnologie Struktur und Funktion der Proteine

Proteine, Eiweiße oder Eiweißstoffe, sind nicht nur universelle Bau- und Betriebsstoffe aller Organismen, sondern sorgen auch dafür, dass der Stoffwechsel funktioniert: sie bilden die Grundlage der Zellstruktur und wirken als Biokatalysatoren (Enzyme) in Stoffwechselreaktionen. Sie katalysieren die Synthese kleinerer Moleküle, die entweder bereits eine eigenständige Funktion im Organismus haben, wie Vitamine, oder aber als Bausteine für Makromoleküle, wie Fette oder Kohlenhydrate, gebraucht werden. Sie haben daneben aber auch noch vielfältige andere Aufgaben wie etwa im Immunsystem bei der Infektionsabwehr oder im Auge beim Sehprozess. Proteine transportieren im Blut wasserunlösliche Nährstoffe. Das Protein Hämoglobin befördert Sauerstoff von der Lunge zu allen Geweben, insbesondere zum Gehirn. Muskeln bestehen aus den Proteinen Myosin und Actin. Kollagen und Keratin bauen als Strukturproteine Haut, Haar und Nägel, sowie Sehnen und Knorpelgewebe auf.

Funktionsvielfalt der Proteine

ProteineFunktionBeispiele
EnzymeKatalyse von Stoffwechselreaktionen im OrganismusFettspaltung, Zuckerabbau, Nucleinsäureaufbau
TransportproteineStofftransport in der Membran und in Körperflüssigkeiten, z.B. BlutHämoglobin (Sauerstoff), Transferrin (Eisentransport)
ImmunproteineAbwehr von InfektionenAntikörper
Proteine, die Bewegungen verursachenUmwandlung chemischer in mechanischer EnergieActin, Myosin (Muskel)
RegulatorproteineRegulation von Stoffwechselvorgängen; An- und Abschalten von GenenHormone
RezeptorproteineAufnahme und Weiterleitung von ReizenRhodopsin (Auge)
StrukturproteineStützsubstanzen im OrganismusKollagen für Knorpel, Knochen, Sehnen; Keratin für Haare; Nägel, Federn


Entsprechend ihren vielfältigen Funktionen bestehen Proteine aus bis zu 20 verschiedenen Bausteinen, den Aminosäuren. Die Aminosäuren sind in den Proteinen in unterschiedlicher Folge und Anzahl miteinander verknüpft. Dadurch ergeben sich bereits für eine relativ geringe Kettenlänge von 100 Aminosäuren 20100 = 10130 theoretische Kombinationsmöglichkeiten! Die Sequenz und Zahl der zu einem Protein miteinander verknüpften Aminosäuren bestimmt die dreidimensionale Form und die Funktion eines Proteins. Das liegt daran, dass die einzelnen, zu einer Kette verknüpften Aminosäuren auf eine ganz bestimmte, physikalisch-chemischen und chemischen Regeln gehorchende Art miteinander in Wechselwirkung treten. So kann diese Kette, die aus 20 verschiedenartigen Perlen geknüpft ist, entweder eine fadenartige Struktur bilden, zusammengelegt oder -gefaltet werden, sich aufdrillen, oder sich aber auch zu einer Kugel oder einem anderen Gebilde aufknäueln - stets abhängig von der Folge der verschiedenen Perlen.

20 verschiedene Aminosäuren mit unterschiedlichen chemischen Eigenschaften bauen die Proteine auf. Daraus ergibt sich eine unfassbar große Zahl an Kombinationsmöglichkeiten, die sich in der Vielfalt der Proteine in Form und Funktion bei Pflanze, Tier und Mensch widerspiegelt.


 

Die zwanzig in der Natur für den Proteinaufbau verwendeten Aminosäuren
AminosäureAbkürzung(Drei- bzw. Einbuchstabencode)
AlaninAlaA
ArgininArgR
AsparaginAsnN
AsparaginsäureAspD
CysteinCysC
GlutaminGlnQ
GlycinGlyG
HistidinHisH
IsoleucinIleI
LeucinLeuL
LysinLysK
MethioninMetM
PhenylalaninPheF
ProlinProP
SerinSerS
ThreoninThrT
TyrosinTyrE
TryptophanTrpY
ValinValV

Es gibt sehr kleine Proteine, sogenannte Peptide, die nur aus wenigen Aminosäuren aufgebaut sind. Dazu gehören z.B. einige Hormone. Andere Proteine bestehen aus mehreren hundert Aminosäuren. Die Information über die Anzahl und die Sequenz der Aminosäuren für jedes einzelne Protein eines Organismus ist in der DNA gespeichert. Die Informationseinheit der DNA, die dabei die Anzahl und Abfolge der Aminosäuren eines bestimmten Proteins festlegt, bezeichnet man als Gen - oder, noch einfacher: ein Gen beinhaltet die Information zur Synthese eines Proteins aus Aminosäuren.

Quelle: BLL