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Proteine – Einführung

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Team Digital
Proteine – Einführung
lernst du in der 10. Klasse - 11. Klasse

Grundlagen zum Thema Proteine – Einführung

In diesem Video erfährst du etwas über Proteine. Dabei sehen wir uns zuerst an, wo Proteine überall vorkommen.

Danach sehen wir uns die Peptidbindung genauer an.

Peptide sind aus Aminosäuren aufgebaut. Bei zwei Aminosäuren spricht man von einem Dipeptid. Bis zu 9 Aminosäuren bilden ein Oligopeptid, 10 bis 99 Aminosäuren bilden ein Polypeptid und bei über hundert Aminosäuren spricht man von einem Protein.

Aufbau

Die Struktur der Proteine wird in Primär-, Sekundär-, Tertiär- und Quartärstruktur unterteilt.

Struktur

Zum Schluss wird dir noch eine Eigenschaft von Proteinen vorgestellt, die dir sicher schon einmal im Alltag begegnet ist.

Transkript Proteine – Einführung

Im Gym gewesen oder den ganzen Tag nur auf der Couch gechillt? Was gibt's jetzt zum Abendessen? Salat? Aber schrumpft davon nicht der Bizeps? Also doch lieber Proteine, um die Gains zu safen? Puh, bevor wir DIESE Fragen klären, sehen wir uns in diesem Video erst einmal an, was "Proteine" überhaupt sind. Proteine, oder auch "Eiweiße", sind biologische Makromoleküle und werden oft als "Bausteine des Lebens" bezeichnet, da sie im menschlichen Körper für sehr viele und sehr wichtige Funktionen benötigt werden. Sie sind essentiell für unsere Muskeln – so viel ist klar. Aber da Muskeln auch daran beteiligt sind, dein Herz schlagen zu lassen oder deinen Kopf aufrecht zu halten, musst du DAFÜR nicht wirklich ins Gym rennen. Als Strukturproteine sind sie außerdem Teil deiner Haut, Knochen und Knorpel. Proteine sind Bestandteile von Enzymen, Antikörpern, dem roten Blutfarbstoff Hämoglobin und Hormonen. Kurz gesagt: Proteine sind essentiell und in sehr vielen Strukturen und Prozessen in unserem Körper vorhanden. Alles klar, dann wollen wir uns den chemischen Aufbau dieser kleinen Racker mal genauer ansehen. Wie bereits erwähnt, sind Proteine "Makromoleküle", also sehr große Moleküle, die aus vielen kleineren Bestandteilen, den "Aminosäuren", aufgebaut sind. In uns Menschen gibt es einundzwanzig dieser Aminosäuren. Keine Sorge, die lernen wir heute nicht im einzelnen kennen! Das Grundgerüst der Aminosäuren ist gleich: An einem zentralen Kohlenstoffatom befinden sich zwei funktionelle Gruppen. Die Aminogruppe und die Carboxygruppe. Der Unterschied liegt in der Seitenkette, die in Länge und auch in zusätzlichen funktionellen Gruppen variieren kann. Verbinden sich Aminosäuren, entsteht ein "Peptid". Die entstehende kovalente Bindung zweier Aminosäuren wird entsprechend "Peptidbindung" genannt. Dabei verbindet sich die Carboxygruppe einer Aminosäure mit der Aminogruppe einer anderen Aminosäure. Da bei dieser Reaktion Wasser frei wird, spricht man von einer "Kondensation". Verbinden sich mehrere Aminosäuren, ist das eine "POLYkondensation". Bei Peptiden unterteilt man zusätzlich in Verbindungen zweier Aminosäuren, also "DIpeptiden", bis zu neun miteinander verknüpfter Aminosäuren, den "OLIGOpeptiden" sowie "POLYpeptiden", bei denen mehr als neun Aminosäuren verbunden sind. Bei mehr als hundert aneinander hängenden Aminosäuren spricht man letztlich von einem "Protein". Alles klar, kommen wir nun zur Struktur der Proteine. Wichtig ist: Proteine tauchen in der Realität nicht als geradlinige Kette auf. Ihre Struktur ist VIEL komplexer; du kannst sie dir ähnlich wie ein Wollknäuel vorstellen. Ja, da kann man schon mal durchdrehen! Aufgrund ihrer Komplexität werden die Strukturen der Proteine noch einmal unterteilt. In Primärstruktur, Sekundärstruktur, Tertiärstruktur und Quartärstruktur. Okay, schauen wir uns nun an, was damit gemeint ist. Die Primärstruktur beschreibt die Reihenfolge der Aminosäuren, also die "Aminosäuresequenz". So weit, so einfach. Machen wir weiter mit der Sekundärstruktur. Hier wird es schon ein kleines bisschen anspruchsvoller, denn hier geht es nicht um kovalente Verbindungen wie bei der Primärstruktur, sondern um "zwischenmolekulare Kräfte". So können sich zwischen funktionellen Gruppen zusätzliche Bindungen ausbilden, wie beispielsweise Wasserstoffbrückenbindungen, wodurch eine gefaltete Struktur entsteht. Diese werden bei einer spiralförmigen Anordnung "alpha-Helix" und bei einer regelmäßigen Faltung "beta-Faltblatt" genannt. Die Tertiärstruktur besteht aus mehreren miteinander verbundenen Sekundärstrukturen, wodurch eine erneute Faltung und dadurch eine vollständig raumfüllende Struktur entsteht. Dies ist ebenso auf Wechselwirkungen der funktionellen Gruppen zurückzuführen, wie den eben genannten Wasserstoffbrücken-, aber auch beispielsweise auf zusätzliche "Disulfidbrückenbindungen", die zwischen einigen Aminosäuren gebildet werden können. Und die Quartärstruktur? Diese besteht aus mehreren, untereinander verbundenen Tertiärstrukturen, die sich wiederum aus Sekundärstrukturen und diese sich aus Primärstrukturen aufbauen. So haben wir am Ende unser zusammengefaltetes, verbundenes Proteinknäuel. Die Quartärstruktur unterscheidet sich dabei hinsichtlich der Anordnung der Tertiärstrukturen, also quasi der Untereinheiten. Zuletzt sehen wir uns noch eine für Proteine typische Eigenschaft an. Werden Proteine erhitzt, gerinnt das Eiweiß. Diesen Prozess bezeichnet man als "Denaturierung". Dabei wird die Struktur des Proteins verändert, indem zwischenmolekulare Wechselwirkungen der Aminosäuren aufgebrochen werden. Also FAST so wie hier. Super, das war's erst einmal mit dem Überblick und wir kommen zur Zusammenfassung. Proteine sind biologische Makromoleküle und für viele Funktionen im menschlichen Körper wichtig. Sie bestehen aus Aminosäuren, welche über Peptidbindungen miteinander verknüpft sind. Bei der Struktur der Proteine untergliedert man in Primär-, Sekundär-, Tertiär-, und Quartärstruktur, wobei eine immer weiter gefaltete und raumfüllende Struktur zustande kommt. Werden Proteine erhitzt, denaturieren sie, das heißt die Bindungen werden zerstört. Alles klar, jede Menge input! Fast wie im Gym. Aber jetzt wissen wir ja auch, dass eine proteinreiche Ernährung immer wichtig ist, auch wenn du KEIN krasses Workout hinter dir hast.

Proteine – Einführung Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Proteine – Einführung kannst du es wiederholen und üben.
  • Gib an, was Proteine sind.

    Tipps

    Zwei Antworten sind richtig.

    Lösung

    Proteine werden ebenfalls Eiweiße genannt.
    Sie gehören wie die Kohlenhydrate und Nukleinsäuren zu den biologischen Makromolekülen und werden oft auch als Bausteine des Lebens bezeichnet, da sie im menschlichen Körper für sehr viele und sehr wichtige Funktionen benötigt werden.

  • Nenne Beispiele für Proteine oder Strukturen, die aus Proteinen bestehen.

    Tipps

    Strukturproteine dienen als Gerüststoffe in Haut, Knochen, Knorpel oder Haaren.

    Hämoglobin ist ein eisenhaltiger Proteinkomplex unserer roten Blutkörperchen.

    Motorproteine kommen in Muskeln vor.

    Enzyme funktionieren nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip.

    Eine Antwortmöglichkeit ist falsch und bleibt somit übrig.

    Lösung

    Proteine werden für sehr viele wichtige Funktionen in unserem Körper benötigt. Man trifft sie also in zahlreichen unterschiedlichen Geweben und Zellen an.
    Proteine sind essenziell für unsere Muskeln, die uns zur Fortbewegung befähigen.
    Als Strukturproteine sind sie die Gerüststoffe unserer Haut, Knochen, Knorpel und Haare.
    Außerdem sind Proteine die Bestandteile von Antikörpern, den meisten Enzymen und vielen Hormonen.
    Hämoglobin ist ein eisenhaltiger Proteinkomplex, der für die rote Farbe der roten Blutkörperchen verantwortlich ist und Sauerstoff bindet.
    Kurz gesagt: Proteine sind bedeutsam für die Prozesse und Strukturen in unserem Körper.

  • Stelle den Aufbau einer Aminosäure dar.

    Tipps

    Das Grundgerüst der verschiedenen Aminosäuren ist gleich.

    Alle Aminosäuren enthalten zwei funktionelle Gruppen: eine Aminogruppe und eine Carboxygruppe.

    Zwei falsche Antwortmöglichkeiten bleiben übrig.

    Lösung

    Proteine sind Makromoleküle, also sehr große Moleküle, die aus vielen kleineren Bestandteilen, den Aminosäuren, aufgebaut sind. Wir Menschen besitzen 21 Aminosäuren.
    Das Grundgerüst dieser Aminosäuren ist gleich: An einem zentralen Kohlenstoffatom befinden sich zwei funktionelle Gruppen: die Aminogruppe und die Carboxygruppe.
    Der Unterschied liegt in der Seitenkette, die in Länge und auch in zusätzlichen funktionellen Gruppen variieren kann.
    Reagieren Aminosäuren miteinander, entsteht ein Peptid. Dabei verbindet sich die Carboxygruppe einer Aminosäure mit der Aminogruppe einer anderen Aminosäure. Da bei dieser Reaktion Wasser frei wird, spricht man von einer Kondensation.

  • Beschreibe die vier Proteinstrukturen.

    Tipps

    Jedem Bild wird eine Strukturebene der Proteine zugeordnet. Darunter versteht man die Primärstruktur, die Sekundärstruktur, die Tertiärstruktur und die Quartärstruktur.

    Die Primärstruktur ist eine lineare, festgelegte Aneinanderreihung verschiedener Aminosäuren.

    Ein Proteinkomplex ist die räumliche Anordnung aus mehreren Untereinheiten.

    Lösung

    Proteine tauchen in der Realität nicht als geradlinige Kette auf: Ihre Struktur ist viel komplexer. Du kannst sie dir ähnlich wie ein Wollknäuel vorstellen.
    Aufgrund ihrer Komplexität werden die Strukturen der Proteine noch einmal unterteilt in: Primärstruktur, Sekundärstruktur, Tertiärstruktur und Quartärstruktur.

    Die Primärstruktur beschreibt die Reihenfolge der Aminosäuren, also die Aminosäuresequenz. Die Aminosäuren sind über eine kovalente Bindung, die Peptidbindung, miteinander verknüpft.

    Bei der Sekundärstruktur geht es nicht um kovalente Verbindungen wie bei der Primärstruktur, sondern um zwischenmolekulare Kräfte. So können sich zwischen funktionellen Gruppen zusätzliche Bindungen ausbilden, beispielsweise Wasserstoffbrückenbindungen, wodurch eine gefaltete Struktur entsteht. Diese Struktur wird bei einer spiralförmigen Anordnung α-Helix und bei einer regelmäßigen Faltung β-Faltblatt genannt.

    Die Tertiärstruktur besteht aus mehreren miteinander verbundenen Sekundärstrukturen, wodurch eine erneute Faltung und dadurch eine vollständig raumfüllende Struktur der Aminosäurenkette entsteht. Das ist ebenso auf Wechselwirkungen der funktionellen Gruppen zurückzuführen, wie den eben genannten Wasserstoffbrückenbindungen, aber auch beispielsweise auf zusätzliche Disulfidbrückenbindungen, die zwischen einigen Aminosäuren gebildet werden können.

    Die Quartärstruktur besteht aus mehreren, untereinander verbundenen Tertiärstrukturen, die eine funktionelle Einheit bilden. Sie ist ein Proteinkomplex aus verschiedenen Untereinheiten. Die Wechselwirkungen ähneln den Wechselwirkungen der Tertiärstruktur.

  • Definiere die verschiedenen Bezeichnungen für Peptide.

    Tipps

    Eine Verbindung von 20 Aminosäuren ist ein Polypeptid.

    Eine Verbindung aus sieben Aminosäuren ist ein Oligopetid.

    Lösung

    Proteine sind Makromoleküle, also sehr große Moleküle, die aus vielen kleineren Bestandteilen, den Aminosäuren, aufgebaut sind.
    Wir Menschen besitzen 21 Aminosäuren. Verbinden sich Aminosäuren, bildet sich ein Peptid. Die entstehende kovalente Bindung zweier Aminosäuren wird entsprechend Peptidbindung genannt.
    Bei Peptiden heißen Verbindungen aus zwei Aminosäuren Dipeptide, Verbindungen mit bis zu neun miteinander verknüpften Aminosäuren werden als Oligopeptide und mit mehr als neun Aminosäuren als Polypeptide bezeichnet.
    Bei mehr als 100 aneinanderhängenden Aminosäuren spricht man letztlich von einem Protein.

  • Zeige die Funktion verschiedener Proteine auf.

    Tipps

    Pepsin kommt im Magen vor.

    An der Regulation des Blutzuckerspiegels ist beispielsweise auch das Hormon Glucagon beteiligt.

    Actin und Myosin sind in den Muskelzellen vorhanden.

    Lösung

    Proteine übernehmen vielfältige Aufgaben und Funktionen in unserem Körper:

    • Strukturproteine, beispielsweise Kollagen, dienen als Gerüststoff. Kollagen ist das häufigste Protein im Körper und in verschiedenen Geweben wie Haut, Knochen, Sehnen und Knorpel zu finden.
    • Im Muskel vorkommende Proteine wie Actin und Myosin dienen der Muskelkontraktion und damit auch der Fortbewegung.
    • Viele Proteine agieren als Enzyme und katalysieren Stoffwechselprozesse in unserem Körper. Ein Beispiel ist das Verdauungsenzym Pepsin, das dabei hilft, Proteine in kleinere Peptide abzubauen.
    • Ein Beispiel für ein wichtiges Transportprotein in unserem Körper ist das Hämoglobin. Es ist für den Sauerstofftransport in unserem Blut verantwortlich.
    • Einige Proteine gehören auch zur Gruppe der Hormone. Ein Beispiel ist das Insulin, das der Regulation des Blutzuckers dient.
    • Antikörper bestehen aus Proteinen und sind sehr wichtig für die Immunabwehr.

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