Proteine kommen in Muskeln, Haut und Stoffwechsel vor und bestehen aus in Primär-, Sekundär-, Tertiär- und Quartärstruktur unterteilten Aminosäuren.
Proteine, auch Eiweiße genannt sind ein wichtiger Bestandteil des Menschlichen Körpers. Beispielsweise bestehen Muskeln zu einem Großen Teil aus Proteinen und auch unsere Haut enthält elastische Proteinfasern. Proteine stabilisieren unsere Zellen in Form eines Cytoskeletts (Zellskelett) und sind am Stoffwechsel als Antikörper, Hämoglobin (rote Blutkörperchen) und Enzyme beteiligt. Die molekulare Größe eines Proteins wird in Kilodalton (kDa) angegeben.
Aminosäuren als Bausteine der Proteine
Betrachtet man Proteine genauer, so erkennt man, dass 20 verschiedene Aminosäuren ihre Bausteine bilden. Von diesen 20 Aminosäuren werden für Erwachsene acht als essenziell erachtet, d.h. sie können nicht vom Körper hergestellt werden und müssen mit der Nahrung aufgenommen werden, bei Kindern sind es neun. Aminosäuren enthalten zwei Funktionelle Gruppen, eine basische Aminogruppe (NH2) und eine saure Carboxylgruppe (COOH).
Aufbau von Proteinen
Proteine entstehen, wenn sich viele einzelne Aminosäuren zu einem Makromolekül verbinden. Im Menschlichen Körper werden sie in den Ribosomen in einer von der DNA vorgegebenen Abfolge verknüpft. Es reagiert die Aminogruppe eines Moleküls unter Wasserabspaltung mit der Carboxylgruppe eines anderen. Die dabei entstehenden zwischenmolekulare Bindungen nennt man Peptidbindung. Ein aus zwei Aminosäuren bestehendes Molekül nennt man Dipeptid. Durch Kettenverlängerung entstehen Oligopeptide, in denen 2-10 Aminosäuren verknüpft sind oder aus mehr als 10 Aminosäuren bestehende Polypeptide. Ab einer Anzahl von 100 Aminosäuren spricht man von Proteinen. Da die Aminosäuren sich in beliebiger Reihenfolge verbinden können, ist eine sehr große Anzahl verschiedener Proteine möglich. Heute sind mehrere tausend bekannt. Proteine mit 100 bis 300 Aminosäuren sind im menschlichen Körper am häufigsten, einige wenige bestehen jedoch sogar aus mehr als tausend. Titin ist mit ca. 30.000 Aminosäuren und einer molekularen Größe von ca. 3600 kDa das größte bekannte Protein.
Die Proteinstruktur kann auf vier verschiedene Weisen beschrieben werden
Die Reihenfolge oder Sequenz der einzelnen Aminosäuren innerhalb eines Proteins bezeichnet man als Primärstruktur. Die Primärstruktur bestimmt die Eigenschaften eines Proteins. Das Rückgrad eines Proteins wird durch die innerhalb der Primärstruktur wirkende Peptidbindung gebildet. Der räumliche Aufbau eines Proteins wird durch die Primärstruktur nicht beschrieben.
Als Sekundärstruktur bezeichnet man die räumliche Anordnung der Aminosäuren. Mehrere Strukturtypen sind möglich: α-Helix, β-Faltblatt, β-Schleifen und ungeordnete Strukturen.
Die der Sekundärstruktur übergeordnete räumliche Struktur nennt man Teriärstruktur. Diese wird durch die Bindungen zwischen den einzelnen Seitenketten der Aminosäuren bestimmt. Die entfalteten Nebenketten werden durch Wechselwirkungen (z.B. Wasserstoffbrückenbindung) zusätzlich stabilisiert.
Viele Proteine verbinden sich um funktionsfähig sein zu können mit anderen Proteinen und bilden einen Proteinkomplex. Die dadurch entstandene Struktur ist die Quartärstruktur. Zwischen den Proteinen entsteht hierbei ebenfalls oft Wasserstoffbrückenbindung. Ein Beispiel für einen Proteinkomplex ist Hämoglobin.