Aminosäuren und Proteine

Proteine oder Eiweisse sind aus einer Kette von Aminosäuren (AS) aufgebaut. Es gibt 21 im Menschen vorkommende Aminosäuren. 

Molekulare Grundstruktur der Aminosäuren

Die molekulare Grundstruktur der Aminosäuren sieht chemisch wie folgt aus:

Die Carbonsäuregruppe -COOH ist der Säuregruppe, die Aminogruppe -NH2 ist die Basengruppe. Alle 20 natürlich vorkommenden Aminosäuren haben diese Grundstruktur. Sie alle unterscheiden sich lediglich durch den Rest R. Dieser spezifiziert also die Aminosäure.

Man kann die Aminosäuren nach verschiedenen Kriterien ordnen. Häufig sind die Kriterien Löslichkeit in Wasser (polar und unpolar) und basisch oder sauer. Auch hier ist es der Rest, welcher diese Eigenschaften gibt.

Einige Aminosäuren können mit anderen interagieren.

Liste der natürlich vorkommenden Aminosäuren

Name Abk. essentiell? Anteil in Proteinen Eigenschaft
Alanin Ala nein 9,0 % unpolar
Arginin Arg semi 4,7 % basisch
Asparagin Asn nein 4,4 % polar/neutral
Asparaginsäure Asp nein 5,5 % sauer
Cystein Cys nein 2,8 % polar/neutral
Glutamin Gln nein 3,9 % polar/neutral
Glutaminsäure Glu nein 6,2 % sauer
Glycin Gly nein 7,5 % polar/neutral
Histidin His semi 2,1 % basisch
Isoleucin Ile ja 4,6 % unpolar
Leucin Leu ja 7,5 % unpolar
Lysin Lys ja 7,0 % basisch
Methionin Met ja 1,7 % unpolar
Phenylalanin Phe ja 3,5 % unpolar
Prolin Pro nein 4,6 % unpolar
Serin Ser nein 7,1 % polar/neutral
Threonin Thr ja 6,0 % polar/neutral
Tryptophan Trp ja 1,1 % unpolar
Tyrosin Tyr nein 3,5 % polar/neutral
Valin Val ja 6,9 % unpolar

Essentielle Aminosäuren

Folgende Aminosäuren gelten als für den Menschen als essentiell, d.h. sie müssen mit der Nahrung aufgenommen werden:

  • Isoleucin
  • Leucin
  • Lysin
  • Methionin
  • Phenylalanin
  • Threonin
  • Tryptophan
  • Valin
  • Arginin (für Kinder und alte Menschen essentiell, sonst semi-essentiell)
  • Histidin (für Kinder essentiell)

Semi-essentielle (auch bedingt essentielle oder halb essentielle) Aminosäuren können aus anderen essentiellen Aminosäuren umgewandelt werden, können aber in bestimmten Lebensabschnitten oder aufgrund von Erkrankungen zu essentiellen Aminosäuren werden.

Von der Aminosäure zum Eiweiss

Primärstruktur

Eiweisse sind aus einer unverzweigten Kette von Aminosäuren aufgebaut. Eine Peptidbindung erfolgt zwischen der Carboxylgruppe und der Aminogruppe unter Wasserabspaltung. In der Abbildung links stellt jede farbige Kugel eine bestimmte Aminosäure dar. Diese Kette von Aminosäuren ist die Primärstruktur eines Eiweisses. Die Reihenfolge der Aminosäuren in der Kette wird von Genen bestimmt (siehe Genetik).

Sekundärstruktur: Helix und Faltblatt

Durch Wasserstoffbrücken und Disulfidbrücken bilden sich in der „Perlenkette“ Strukturen, so die Helix (Schraube) und die Faltblattstruktur. Dies nennt man die Sekundärstruktur.

 

 

Die Tertiärstruktur

Diese Sekundärstrukturen legen sich nun zusammen zur oft kugeligen Tertiärstruktur.

 

 

Quartärstruktur

Bei bestimmten Eiweissen, wie dem Hämoglobin, legen sich Einheiten der Tertiärstruktur zusammen und bilden ein Protein mit Qartärstruktur. Hämoglobin besteht aus zwei α-Ketten und zwei β-Ketten.

Verschiedene Eiweisse

Grundsätzlich gibt es rundliche (globuläre) und faserige (fibrilläre) Eiweissmoleküle. Hier eine Zusammenstellung aus Wikipedia:

Globuläre Proteine Fibrilläre Proteine
Albumine Kollagen
Globuline Elastin
Histone Keratin
Protamine Fibrinogen
Prolamine Myosin

Eine bunte Zusammenstellung aus der Protein-Datenbank (PDB) finden wir hier. Zum Vergrössern aufs Bild klicken.

Verschiedene Proteine

Denaturierung

Wenn sich der pH, Salzkonzentration oder die Temperatur ändern, kann sich das Protein entfalten und seine funktionierende Gestalt verlieren. Diesen Vorgang nennt man Denaturierung.

Durch den Verlust seiner Gestalt wird ein denaturiertes Protein biologisch unwirksam. Geschieht dies bei Enzymen, kann der Organismus gewisse Leistungen nicht mehr erfüllen. Daher ist zum Beispiel hohes Fieber für den Menschen gefährlich.

Beim Zubereiten von Spiegeleiern wird das Eiweiss weisslich und opak. Ebenfalls das Steak in der Pfanne. Das ist ein Beispiel für Denaturierung von Eiweissen.

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