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Proteine

Allgemeines, Aufgaben

Proteine gehöhren neben den Kohlenhydraten und Fetten zu den energieliefernden Nährstoffen. Allerdings ist das nicht ihre eigentliche Aufgabe. Als "Brennstoffe" dienen in erster Linie die Kohlenhydrate und die Fette. Die Aufgaben der Proteine sind vielfältiger.

Aufgaben der Proteine im menschlichen Körper:

Grundsätzlicher Aufbau

Die Bausteine der Proteine (Eiweisse) sind Aminosäuren, von denen es rund 20 verschiedene gibt. Die meisten Proteine sind aus über 1000 Aminosäure-Bausteinen zusammengesetzt. Die Reihenfolge der Aminosäuren in einem Protein wird als Amionsäure-Sequenz oder Primärstruktur bezeichnet.

Innerhalb einer solchen Primärstruktur ziehen sich die Aminosäuren gegenseitig an (Wasserstoffbrücken-Bindungen), daraus resultieren dann verschiedene Sekundärstrukturen. Bei der alpha-Helix winden sich die Aminosäuren spiralförmig auf, und bei der beta-Faltblatt-Struktur bilden die Aminosäuren zickzack-förmige Abschnitte.

Ein Protein besteht u.U. aus vielen Tausend Aminosäuren. Die Gesamtstruktur eines Proteins wird auch als Tertiärstruktur bezeichnet. Innerhalb dieser Tertiärstruktur finden sich dann mehrere alpha-Helices und beta-Faltblätter, also Bereiche mit Sekundärstrukturen.

Tertiärstruktur eines Proteins

Die Tertiärstruktur eines kleinen Proteins.
Quelle: http://en.wikipedia.org/wiki/Protein_structure (public domain)

In diesem Bild sehen wir ein kleines Protein, dessen Tertiärstruktur zwei alpha-Helix-Bereiche (grüne Spiralen) und mehrere beta-Faltblatt-Bereiche (rote Pfeile) enthält. Die grauen "Schnüre" sind ungeordnete Bereiche aus jeweils 10 bis 30 Aminosäuren. Die einzelnen Aminosäuren kann man in diesem Bild nicht sehen.

Proteine in der Nahrung

Der menschliche Körper enthält viele Tausend verschiedener Proteine, die sogenannten körpereigenen Proteine. Welche Aufgaben diese Proteine haben, ist bereits weiter oben aufgelistet worden. Die Zellen des Körpers stellen diese Proteine an ihren Ribosomen her, indem sie die einzelnen Aminosäuren zusammensetzen (siehe Grundprinzip der Proteinsynthese). Die Anweisungen, in welcher Reihenfolge die Aminosäuren zusammengesetzt werden müssen, erhalten die Ribosomen von der Steuerzentrale der Zelle, dem Zellkern, in Form der Boten-RNA (mRNA). Vereinfacht kann man sagen, dass für jedes Protein, das die Zelle produziert, ein eigenes Gen auf der DNA verantwortlich ist (Ein-Gen-ein-Protein-Hypothese; inzwischen aber veraltet).

Die benötigten Aminosäuren für diese Proteinsynthese müssen aus der Nahrung aufgenommen werden. Einige einfache Aminosäuren können die Zellen aus Kohlenhydraten oder Fetten herstellen. Andere Aminosäuren müssen aber direkt mit der Nahrung aufgenommen werden, weil die Zellen sie nicht selbst herstellen können. Diese Aminosäuren werden als essentielle Aminosäuren bezeichnet.

Wenn wir eine proteinreiche Mahlzeit essen, werden die Proteine in unserem Verdauungssystem (Magen, Dünndarm) in die einzelnen Aminosäuren zerlegt. Die Aminosäuren werden dann in den Blutkreislauf übernommen und dann zu den einzelnen Zellen transportiert. Dort stehen sie dann für die Proteinsynthese an den Ribosomen bereit. Fehlen einfache Aminosäuren wie beispielsweise Glycin, so kann der Körper diese selbst herstellen. Fehlen dagegen essentielle Aminosäuren, so können die Proteine, welche diese Aminosäuren benötigen, nicht hergestellt werden. Darum sind die essentiellen Aminosäuren, zum Beispiel Lysin, in unserer Nahrung besonders wichtig. Man spricht auch von der biologischen Wertigkeit eines Nahrungsprotein. Biologisch hochwertige Nahrungsproteine enthalten viele essentielle Aminosäuren. Hühnerei-Protein ist hierfür ein gutes Beispiel. Andere Proteine enthalten nur sehr wenige essentielle Aminosäuren, sie haben dann eine geringe biologische Wertigkeit.

Proteinreiche tierische Nahrungsmittel sind Eier, Milch, Fisch und Fleisch, proteinreiche pflanzliche Nahrungsmittel sind Hülsenfrüchte (Bohnen, Erbsen, Linsen, Soja).

Lernfahrplan "Proteine"

Das Thema "Proteine" wird bereits im Biologie-Kurs der Stufe EF sehr ausführlich behandelt, und auf diese Seiten sollten Sie hier auch zugreifen, denn ohne grundlegende Biologie-Kenntnisse kann man keine Ernährungslehre betreiben.

Auf der Seite "Proteine sind Makromoleküle" finden Sie einige grundlegende Definitionen. Die Begriffe Monomer, Dipeptid, Tripeptid, Oligopeptid, Polypeptid und Protein werden kurz definiert.

Proteine bestehen aus vielen 100 bis über 1000 Aminosäuren. Der Aufbau der einfachsten Aminosäure wird Ihnen auf der Seite "Glycin" erklärt. Auf der Seite "Aminosäuren" finden Sie wichtige Informationen über die anderen 19 Aminosäuren. Die Seite "Eigenschaften der Aminosäuren" vermittelt Ihnen wichtige Grundkenntnisse über die Aminogruppe und die Carboxylgruppe der Aminosäuren.

Dann geht es weiter mit Peptiden. Darunter versteht man Moleküle, die aus mehreren Aminosäuren zusammengesetzt sind. Dipeptide beispielsweise bestehen aus zwei Aminosäuren, Tripeptide aus deren drei. Auf der Seite "Peptide" erfahren Sie mehr darüber.

Die Begriffe Primärstruktur, Sekundärstruktur und Tertiärstruktur wurden schon in der Einleitung weiter oben erwähnt. Einzelheiten dazu finden Sie auf den Seiten "Primärstruktur", "Sekundärstruktur" und "Tertiärstruktur".

Die Tertiärstruktur kann durch verschiedene Faktoren wie Temperatur und pH-Wert beeinflusst werden. Das Braten eines Spiegeleis verändert beispielsweise die Tertiärstruktur der Hüherei-Proteine. Wenn Milch sauer wird und ausflockt, verändert sich die Tertiärstruktur der Milchproteine. Einzelheiten hierzu finden Sie auf der Seite "Was hält die Tertiärstruktur zusammen?". Hier und auf der Seite "Beeinflussung der Tertiärstruktur" wird auch der wichtige Begriff der Denaturierung behandelt.

Damit wäre der biochemische Teil des Themas "Proteine" so gut wie behandelt, und wenn Sie alles durchgearbeitet haben, wissen Sie wahrscheinlich mehr als manche Schüler des Biologie-Kurses.