Proteine

Aufbau

Proteine sind Makromoleküle, die hauptsächlich aus den Elementen Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff und Schwefel aufgebaut sind. Sie gehören zu dem Grundbaustein aller Zellen. Sie befinden sich direkt in den Zellen und geben ihnen eine Strukturierung. Dabei sind sie ihrerseits aus mehreren proteinogen = proteinaufbauenden Aminosäuren zusammengesetzt, welche durch Peptidbindungen zu Ketten verbunden sind.

Die einzelne Aminosäure besteht aus einer Amino- und einer Carboxylgruppe, welche über das Alpha-Kohlenstoffatom miteinander verbunden sind. Sobald eine Aminogruppe einer Aminosäure mit der Carboxylgruppe einer anderen Aminosäure reagiert, entsteht unter Abspaltung von Wasser eine dieser Peptidbindungen, wobei Ketten entstehen, die man dann als Peptide bezeichnet. Als Protein wird dann eine Kettenlänge von mehr als 100 Aminosäuren bezeichnet. Unter dem Gesichtspunkt, dass es hundert Kettenglieder und 20 verschiedene Aminosäuren gibt, ergeben sich 20100 verschiedene Möglichkeiten ein Protein zusammenzusetzen. Dies macht deutlich, wie vielfältig die Verwendung der Proteine im menschlichen Körper ist.

Proteine sind aus mehreren hundert Aminosäuren verschiedenartig zusammengesetzt, wobei jedes einzelne Protein anders und individuell durch eine bestimmte Reihenfolge, die sogenannte Sequenz, der Aminosäuren aufgebaut ist. Die Funktionsweise eines Proteins bestimmt dessen Struktur, welche vier Betrachtungsebenen hat:

Als Primärstruktur wird die Reihenfolge der Aminosäuren innerhalb einer Polypeptidkette eines Proteins bezeichnet. Diese beschreibt jedoch lediglich die Aminosäurensequenz, nicht den räumlichen Aufbau eines Proteins.

Die Sekundärstruktur beschreibt die lokale räumliche Anordnung einer Aminosäuresequenz. Dabei können schraubenförmige Strukturen (alpha-Helix), oder auch aufgefaltete Stränge (beta-Faltblatt und beta-Schleifen) entstehen. Möglich sind auch ungeordnete Strukturen, diese werden als Random-Coil-Strukturen bezeichnet und ergeben sich durch Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Peptidbindungen des Polypeptid-Rückgrates.

Als Tertiärstruktur wird die ganze räumliche Struktur einer Protein- bzw. Polypeptidkette bezeichnet. Sie ist dementsprechend die der Sekundärstruktur übergeordnete räumliche Anordnung und ist das Resultat der einzelnen Wechselbeziehungen zwischen den Seitenketten der einzelnen Aminosäuren.

Wenn das Protein aus mehreren Ketten bestehend ist, d.h. sich zu einem Proteinkomplex zusammenlagert, wird die ganze räumliche Anordnung als Quartärstruktur bezeichnet.

Ebenso möglich ist es auch, dass sich Proteine noch in einer über der Quartärstruktur Suprastruktur zusammenordnen. Zu diesen Proteinen gehören bspw. Kollagen in der Kollagenfibrille, Aktin, Myosin und Sarkomer.

Schaubild zu den Strukturen eines Proteins

Protein