Von der Aminosäure zum Eiweiß: Der Aufbau der Proteine

Haut, Haare, Eiklar, Spinnweben, Gelatine und Seide - dies sind Stoffe mit völlig unterschiedlichen Eigenschaften, die trotzdem etwas gemeinsam haben: Sie bestehen aus Proteinen und sind daher alle aus den gleichen Grundbausteinen aufgebaut.

Welche Bausteine setzen die Proteine zusammen?

Die kleinste Einheit, aus der sich alle Proteine zusammensetzen, sind die so genannten Aminosäuren. Das sind Verbindungen, die eine Säuregruppe –COOH und eine basische Aminogruppe –NH₂ enthalten, wie in der Abbildung zu sehen ist. „R" steht für das Restmolekül, das unterschiedlich aufgebaut sein kann. In dessen Aufbau unterscheiden sich die einzelnen Aminosäuren.

In Proteinen kommen 20 verschiedene Aminosäuren vor. Viele davon kann der menschliche Körper selbst bilden, acht aber nicht. Diese so genannten essenziellen Aminosäuren müssen wir daher unbedingt mit der Nahrung aufnehmen. Sie sind vor allem in tierischem Eiweiß enthalten.

Wie entsteht aus den Aminosäuren ein Protein?

Einzelne Aminosäuren können sich zu Ketten zusammenschließen, indem sich die Säuregruppe mit der Aminogruppe einer anderen Aminosäure verbindet. Unter einem Protein versteht man eine solche Kette aus mindestens 100 Aminosäuren; manchmal sind es über Tausend. Proteine sind also Riesenmoleküle.

Wie entstehen die unterschiedlichen Strukturen und Eigenschaften der Proteine?

Zunächst einmal ist jedes Protein charakterisiert durch die Abfolge der verschiedenen Aminosäuren in der Kette, seine so genannte Primärstruktur.

Die Ketten können nun unterschiedliche räumliche Ausrichtungen oder Sekundärstrukturen annehmen: Im Keratin der Haare zum Beispiel sind sie spiralförmig gewunden, was das Haar elastisch und dehnbar macht; in Seide hingegen sind viele parallele Ketten zu einer ebenen Struktur nebeneinander gelagert, wodurch Seidenfäden kaum dehnbar, aber geschmeidig und reißfest sind.

Die Tertiärstruktur, das ist die endgültige dreidimensionale Form des Proteins, macht schließlich seine biologische Funktion und Wirksamkeit aus.

Wie stabil sind Proteine?

Sobald die räumliche Struktur eines Proteins verändert wird, geht seine ursprüngliche Funktion verloren; man spricht von seiner Denaturierung. Dies kann relativ leicht durch eine Reihe von Einflüssen geschehen, gegenüber denen Proteine daher sehr empfindlich sind:

• Erhitzen: Beispielsweise wird beim Kochen von Eiern das Eiweiß denaturiert; es wird fest.
• mechanische Belastung: Auch beim Schlagen von Eischnee wird das Eiweiß denaturiert.
• Veränderung des pH-Wertes: Wenn zum Beispiel Milch sauer wird, beobachtet man, dass das darin enthaltene Eiweiß ausflockt.
• Zugabe von Salzen oder Alkohol: Aus diesem Grund können eiweißhaltige Lebensmittel mit Salz oder Alkohol konserviert werden.