Protein & Eiweiß



Warum ist Protein so wichtig?

Protein ist neben Fett der zweite essenzielle, d. h. unentbehrliche Makronährstoff, der mit der Nahrung zugeführt werden muss. Die beiden Bezeichnungen Protein und Eiweiß bedeuten das gleiche, wobei Protein aus dem Griechischen abgeleitet ist und Eiweiß dem Deutschen entspringt. Die Grundbausteine von Eiweiß sind die Aminosäuren, jedoch sind die für den menschlichen Körper relevanten nur die proteinogenen Aminosäuren. Welche Aminosäuren es gibt, wie sie unterteilt werden und wie sie durch ihre unterschiedliche Verteilung in Nahrungsproteinen die Qualität und damit die Wertigkeit beeinflussen, können Sie hier nachlesen.


gegrilltes Lachsfilet mit Salat

Abbildung 1: Fisch ist nicht nur lecker, sondern zählt auch zu den hochwertigsten Proteinquellen.


Ohne eine ausreichende Proteinzufuhr über die Nahrung ist der menschliche Körper auf Dauer nicht überlebensfähig. Die im Nahrungsprotein enthaltenen Aminosäuren werden zusammen mit den, vom Körper selbst durch katabole Prozesse freigesetzten Aminosäuren wieder zu neuen Eiweißstrukturen zusammengefügt. Diesen Prozess nennt man auch Proteinbiosynthese.

 

Wozu dient die Proteinbiosynthese?

Es gibt eine Vielzahl durch Proteinbiosynthese hergestellte, körpereigene Proteine, welche die unterschiedlichsten Aufgaben im Körper erfüllen. Zu diesen Proteinen zählen beispielsweise:

● Strukturproteine: Knochen, Bindegewebe, Haare, Nägel, ...

● Enzyme: Verdauung, Stoffwechsel, Energiegewinnung, ...

● Hormone: Insulin (Proteohormon), Adrenalin, Wachstumshormone, ...

● Transportproteine (Carrier): Hämoglobin, Myoglobin, Albumin, ...

● Kontraktile Proteine (Muskulatur): Aktin, Myosin, ...

● Schützende Proteine: Immunglobuline (Antikörper), Fibrinogen u. Thrombin (Blutgerinnung), ...

● Speicherproteine: Ferritin (Eisenspeicher), Albumin, Casein (Muttermilch), ...

 

Wo ist der Bauplan für die Proteinbiosynthese hinterlegt?

Wie körpereigene Proteine zusammengesetzt, also synthetisiert werden, ist im Genom festgelegt. Das Genom ist das gesamte Erbgut und es besteht aus einer doppelsträngigen Nukleinsäure (Doppelhelix), die als Desoxyribonukleinsäure (DNS) bezeichnet wird. Die DNS (im Englischen: DNA = deoxyribonucleic acid), die sich fast in jeder einzelnen Körperzelle im Zellkern befindet, wäre der Länge nach aufgereiht knapp 2 m lang. Um sie dennoch platzsparend im Zellkern unterzubringen, ist sie im Normalfall auf 46 Chromosomen bzw. 23 Chromosomenpaare aufgeteilt. Dabei ist in einem bestimmten Abschnitt der DNS der Bauplan zur Zusammensetzung eines bestimmten Proteins abgespeichert. Dieser Abschnitt der DNS wird als Gen bezeichnet. So ist für jede körpereigene Proteinstruktur genau ein Gen hinterlegt.


DNS im Zellkern einer Körperzelle

Abbildung 2: Die DNS ist platzsparend verpackt in Chromosomen im Zellkern einer Körperzelle.


Der Mensch besitzt etwa 30.000 bis 40.000 Gene. Sie sind zwar in fast allen Körperzellen vorhanden, jedoch sind nicht in allen Zellen alle Gene aktiviert. Trotz der enormen Anzahl an Genen machen diese nur einen kleinen Teil der gesamten DNS aus, der größte Teil der DNS ist in seiner Funktion bisher allerdings noch nicht erforscht.

 

Wie ist die DNS aufgebaut?

Die kleinste molekulare Einheit der DNS ist das Nukleotid. Ein Nukleotid besteht aus einer Zucker-Phosphat-Verbindung und einer von vier unterschiedlichen Basen, welche in der DNS die eigentlichen Informationsträger sind. Die Zucker-Phosphat-Verbindung ist eine Verbindung aus einem Phosphatrest und Desoxyribose, einem Zucker als Pentose, welches fünf Kohlenstoffatome besitzt.


Nukleotid, bestehend aus Phosphatrest, Desoxyribose und einer von vier Basen

Abbildung 3: Aufbau eines Nukleotids, der kleinsten molekularen Einheit der DNS.


Die an das Zuckermolekül gebundene Base ist, wie zuvor erwähnt, eine von vier unterschiedlichen, stickstoffhaltigen, organischen Basen:

● Adenin (A)

● Thymin (T)

● Guanin (G)

● Cytosin (C)


Diese vier organischen Basen, Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin, sind in den Abbildungen 3 und 4 blau dargestellt.

Mehrere Nukleotide werden über ihre Zucker-Phosphat-Verbindung miteinander zu einem Strang verknüpft. Die in diesem Strang außenliegenden Zucker-Phosphat-Verbindungen bilden das sogenannte Zucker-Phosphat-Rückgrat eines Strangs. In der Abbildung 4 ist das Zucker-Phosphat-Rückgrat eines jeden Strangs als rotes Band zu erkennen.


Doppelhelix, verdrillter Doppelstrang der DNS

Abbildung 4: Aufbau der DNS, Doppelstrang verdrillt zur Doppelhelix.


Über die Basen zweier, komplementärer Stränge werden Basenpaare gebildet. Allerdings bilden sich aufgrund der Molekularstruktur der Basen nur Paare zwischen Adenin und Thymin sowie zwischen Guanin und Cytosin aus.

● Adenin (A) - Thymin (T)

● Thymin (T) - Adenin (A)

● Guanin (G) - Cytosin (C)

● Cytosin (C) - Guanin (G)

 

Warum bilden nur Adenin und Thymin sowie Guanin und Cytosin Basenpaare?

Die Basenpaare sind über Wasserstoffbrücken miteinander verbunden. Da die Basen Adenin und Thymin wegen ihrer Molekularstruktur zwischen einander nur zwei Wasserstoffbrücken bilden können und Guanin und Cytosin drei Wasserstoffbrücken, verbinden sich auch nur diese Basenpaare miteinander.


Warum ist die Bildung von Basenpaaren wichtig?

Der genetische Code ist durch die Abfolge der unterschiedlichen Basen im sogenannten codogenen Strang enthalten. Allerdings ist ein einzelner Strang nicht so stabil und er lässt sich auch nicht so einfach kopieren. Deshalb ist die Bildung eines Doppelstrangs sinnvoll. Hierbei wird der codogene Strang mit seinem komplementären Strang über die Wasserstoffbrücken der Basenpaare verbunden. Dieser Doppelstrang, der sich zu einer Doppelhelix verdrillt, besitzt damit mehr Stabilität.



Proteinbiosynthese



Abkürzungen

DNS - Desoxyribonukleinsäure
DNA - deoxyribonucleic acid
A - Adenin
T - Thymin
G - Guanin
C - Cytosin