Proteine – Typen, Eigenschaften und Struktur

Hallo. In diesem Video geht es um Proteine.

Proteine werden auch Eiweiße genannt. Aber sie sind viel mehr als nur das Weiße vom Ei. Proteine sind aus Aminosäuren aufgebaute Moleküle. Sie gehören zu den Grundbausteinen jeder lebenden Zelle und sind die Voraussetzung für die Struktur und Funktion der Zellen. Die meisten strukturgebenen Proteine sind faserförmig. Dazu gehört das Aktin, das in den Muskel-, aber auch allen anderen Zellen vorhanden ist, das Kollagen des Bindegewebes und das Keratin, aus dem Haare und Nägel bestehen. Es gibt Motorproteine, wie das Myosin in den Muskelzellen, und Proteine, die andere Stoffe transportieren, zum Beispiel Haemoglobin, das im Blut den Sauerstoff transportiert. Auch die Ionenpumpen und die Kanäle in den Axonen der Nervenzellen sind Proteine. Rezeptoren sind auch Proteine. Sie befinden sich in der Zellmembran und erkennen bestimmte Stoffe und geben dann Signale in das Innere der Zelle weiter, zum Beispiel die Zuckerrezeptoren auf der Zunge. Nicht zuletzt gehören auch die Enzyme zu den Proteinen. Dazu gehören die Verdauungsenzyme, die DNA- und RNA-Polymerase und die Enzyme, die die verschiedenen Stoffwechselwege wie Glykolyse und Citratzyklus katalysieren.

Die Gesamtheit aller Proteine in einem Lebewesen, einem Gewebe oder einer Zelle wird als Proteom bezeichnet. Alle Proteine sind aus 20 verschiedenen Aminosäuren aufgebaut, die durch Peptidbindungen zu Ketten verbunden sind. Die Abfolge der Aminosäuren ist im genetischen Code festgelegt. Mutationen in einem Gen können Veränderungen im Aufbau des Proteins verursachen, das durch das Gen codiert wird. Die Folge können Fehler in der Proteinfunktion sein. Solche Fehler mit teils vollständigem Wegfall der Proteinaktivität liegen viele erbliche Krankheiten zugrunde.

Zur besseren Beschreibung der Proteine wird ihre Struktur in vier Ebenen unterteilt. Die Primärstruktur beschreibt die Abfolge der Aminosäuren. Also zum Beispiel Serin, Leucin, Tyrosin, Glutamin, Leucin usw.. Diese Ketten aus Aminosäuren bilden verschiedene Sekundärstrukturen. Dabei handelt es sich um häufig auftretende Motive für die räumliche Anordnung der Aminosäuren. Man unterscheidet Alpha-Helix, Beta-Faltblatt und Beta-Schleifen. Diese verschiedenen Motive kann man sich vorstellen wie verschiedene Strickmuster. Aus diesen Motiven setzt sich die nächste übergeordnete räumliche Struktur, die Tertiärstruktur, zusammen. Wenn wir beim Beispiel der Strickmuster für die Primärstruktur bleiben, wäre die Tertiärstruktur der Pullover, der sich aus verschiedenen Strickmustern zusammensetzt. Die einzelnen Strickmuster können noch keine Funktion erfüllen, aber der Pullover hält uns warm. So ist das auch bei den Proteinen. Erst wenn das Protein in seiner Tertiärstruktur gefaltet ist, kann es seine Funktion erfüllen. Aber ein Pullover allein reicht noch nicht. Wir brauchen noch einige andere Kleidungsstücke damit wir uns wohlfühlen. Auch viele Proteine, zum Beispiel in Rezeptoren oder Antikörpern, funktionieren erst richtig, wenn mehrere Proteine zusammenkommen. Wenn mehrere Proteine eine funktionale Einheit bilden, nennt man diese Struktur Quartärstruktur.

Tertiär- und Quartärstruktur sind flexibel. Bei den meisten Proteinen ändert sich die Form leicht, wenn sie ihre Aufgabe erfüllen. Häufig werden diese Formänderungen dadurch ausgelöst, dass Substanzen an bestimmten Stellen der Proteine binden. Durch chemische Einflüsse wie Säuren oder Salze oder physikalische Einwirkungen wie hohe oder tiefe Temperaturen können sich die Sekundär- und Tertiärstruktur und damit auch die Quartärstruktur von Proteinen ändern, ohne dass sich die Reihenfolge der Aminosäuren, also die Primärstruktur, ändert. Dieser Vorgang heißt Denaturierung. Das ist auch in unserem Ei vom Anfang passiert, das habe ich gekocht. Die erhöhte Temperatur bei Fieber dient der Denaturierung der Proteine von Bakterien und Viren. Wenn die Körpertemperatur über 40 Grad ansteigt, kann das aber auch für unsere körpereigenen Proteine schädlich sein und lebensgefährliche Folgen haben.

Proteine sind also aus Aminosäuren aufgebaut. Die Aminosäurenkette faltet sich zur Sekundär- und Quartärstruktur und mehrere Proteine können sich zu einer funktionalen Einheit zusammenlagern. Proteine erfüllen eine Vielzahl von Aufgaben in allen lebenden Zellen und Mutationen in Genen können zu Änderungen in der Abfolge der Aminosäuren führen und damit zum Funktionsverlust des Proteins. Durch ungünstige äußere Einflüsse können Proteine denaturieren.

In diesem Video habe ich viele Dinge nur kurz angerissen. Wenn ihr etwas genauer wissen wollt, dann schreibt einen Kommentar. In den nächsten Videos werde ich erklären, wie Proteine in der Zelle hergestellt werden. Tschüss, und danke für's Zuschauen!