Proteine – Aufbau und Struktur sind Grundlage der Funktionen

Abhängig von Aufbau, Größe und Struktur können Proteine die verschiedensten Funktionen in Lebewesen ausführen. Ohne Eiweiß ist kein Leben möglich.

Proteine erfüllen fast alle Aufgaben im Körper. Ohne sie wäre Leben in dieser Form nicht denkbar. Als langgestreckte Faserproteine stabilisieren Kerantin und Kollagen Muskeln, Sehnen, Haare und Haut. Als Hormone übermitteln Proteine Botschaften zwischen den Zellen und steuern so Verhalten, und Entwicklung, beeinflussen Aussehen und Stimmung. Als Enzyme zerlegen sie Nahrungsmittel bei der Verdauung. Sogenannte Rezeptorproteine empfangen Signale aus der Umwelt und ermöglichen Sinneseindrücke. Motorproteine funktionieren als Antrieb für Muskelbewegung und Kraft. Die Qualle Aequorea victoria kann dank eines speziellen Photoproteins sogar bläulich-grüne Lichtstrahlen emittieren.

Proteine können heilen und krank machen, sind lebensnotwendig und potentiell tödlich

Als Bausteine der Proteine dienen winzige Kohlenstoffgerüste, die Aminosäuren. Es gibt 20 verschiedene Aminosäuren; diese sind bei fast allen Lebewesen gleich aufgebaut. Eine der wenigen Ausnahmen ist der Knollenblätterpilz. Eine einzige veränderte Aminosäure ist Grund für die immense Toxizität des Pilzes.

Einige Aminosäuren kann der menschliche Körper selbst herstellen, andere müssen wir mit der Nahrung aufnehmen. Besonders proteinhaltige Nahrungsmittel sind Fisch und Fleisch, aber auch Pflanzen, wie Soja, enthalten Protein. Eiweiß, der weiße Anteil vom Ei, besteht zum größten Teil aus Proteinen. Deshalb wird der Begriff „Eiweiß“ oft in der Bedeutung „Protein“ verwendet.

Die Struktur bestimmt die Funktion

Die Vielfalt der Funktionen ist nur durch die Struktur der verschiedenen Proteine begründet: Aminosäuren sind dabei aufgereiht wie die Glieder einer Kette. Durch Anziehungs- und Abstoßungskräfte, die zwischen den einzelnen Aminosäuren wirken, nehmen mehrere solcher Ketten eine ineinander verdrillte 3-dimensionale Struktur ein. Der Wissenschaftler spricht dabei von „Faltung“. Jede Aminosäure hat ihre festgelegte Position in dem Gebilde. Der kleinste Fehler hat Funktionsverlust oder Fehlfunktion zur Folge. Fehlgefaltete Proteine können Auslöser von Krankheiten wie Creutzfeldt-Jakob und Alzheimer sein.

Als Bauplan für die komplizierten Strukturen fungiert die DNA; der Zusammenbau findet in spezialisierten Organen der Zellen statt.

Durch ihre Fähigkeiten sind Proteine längst zum Objekt der wissenschaftlichen Forschung geworden. Die Zielsetzungen reichen von der Strukturaufklärung über die Manipulation der Funktion bis hin zum Design neuer Proteine. Dabei ist Einfallsreichtum gefragt. Eine Methode, der Stukturaufklärung ist die sogenannte Röntgenstrukturanalyse. Dafür müssen die zu untersuchenden Proteine zunächst kristallisiert werden. Die Kristalle werden dann im Anschluss mit Röntgenstrahlen beschossen. Da die Strahlen von den Eiweißbestandteilen auf eine bestimmte Weise abgelenkt werden, kann aus dem Muster, der austretenden Strahlen, die Struktur des Proteinkristalls berechnet werden.

Die Pharmazie arbeitet an Medikamenten auf Proteinbasis; diese sind wirksam und außerdem sehr gut verträglich. Durch künstlich hergestellte Enzyme können Patienten therapiert werden, bei denen diese Proteine krankheitsbedingt fehlerhaft sind.

Fast täglich werden in einschlägigen Wissenschaftsmagazinen neue Erkenntnisse über Proteine veröffentlicht. Man darf gespannt sein, welche Möglichkeiten die mikroskopisch kleinen Wundermittel noch bieten.

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