Alles über Protein

Im folgenden Artikel wollen wir euch ein wenig mehr über Proteine erzählen. Von unseren drei Makronährstoffen (Kohlenhydrate, Proteine, Fett) stellen Proteine die vielfältigste Gruppe von Molekülen dar. Sie spielen praktisch in allen biologischen Strukturen und bei allen Abläufen in unserem Körper eine Rolle.

Wenn es um Ernährung geht, sprechen wir häufig nur davon, dass Proteine wichtig für den Muskelerhalt sind und in einem bestimmten Verhältnis in unserer Nahrung enthalten sein sollten. Dabei werden Proteine gerne zu einer einheitlichen Substanz verallgemeinert. Natürlich gibt es nicht das eine Protein, sondern tausende verschiedene Proteine in unterschiedlichen Größen, Formen und was am wichtigsten ist: Mit unterschiedlichen Aufgaben.

Die kleinste Baueinheit der Proteine nennt man Aminosäuren. Es gibt 20 proteinogene – also proteinbildende Aminosäuren. Aus diesen 20 Aminosäuren setzen sich alle Proteine zusammen. Wie die Legosteinchen in einem Legokasten, lassen sich Aminosäuren auch in unzähligen Kombinationen zusammensetzen. Jede Kombination liefert ein anderes Protein. Manche Proteine bestehen nur aus wenigen 100 Aminosäuren andere wiederum aus mehreren tausend.

Aminosäuren sind sehr kleine Moleküle, die sich in ihrem Aufbau und in ihren Eigenschaften unterscheiden. Entscheidend für die Einteilung als Aminosäure ist jedoch, dass alle Aminosäuren sowohl eine sogenannte „Aminogruppe“ und eine „Carboxylgruppe“ besitzen. Das sind bestimmte Atomgruppen im Molekül, die die Eigenschaften des gesamten Moleküls maßgeblich mit beeinflussen. Solche speziellen Atomgruppen nennt man auch „funktionelle Gruppen“. Bei Proteinen bilden sich genau über diese beiden Molekülgruppen dann die Verknüpfungen zwischen den einzelnen Aminosäuren aus. Diese Bindung nennt man Peptidbindung. So verknüpfen sich die einzelnen Aminosäuren zu langen Ketten. Stell dir einen Zug mit vielen Waggons vor. Jede Aminosäure ist ein Waggon und hat vorne und hinten eine Kupplung. Auf der einen Seite hat der Waggon einen Haken, auf der anderen Seite eine Öse. Es passt immer der Haken von einem Waggon in die Öse eines zweiten Waggons. Haken und Öse sind die Amino- und die Carboxylgruppe. Man kann immer nur Haken (Aminogruppe) und Öse (Carboxylgruppe) miteinander verbinden, nie Haken & Haken oder Öse und Öse. So schauen die Aminosäuren-Waggons immer in die gleiche Richtung, aber theoretisch sind unendlich lange Verbindungen möglich. Übrigens gibt es von jeder Aminosäure unendlich viele – ein Protein kann also zum Beispiel auch 20 Mal dieselbe Aminosäure enthalten. So sind sehr lange Kombinationen möglich.

Auch wenn man so ein einzelnes Proteinmolekül nicht sehen kann, ist es doch wichtig, sich bewusst zu machen, dass Proteine eine räumliche Struktur besitzen. Sie nehmen Platz im Raum ein und sie haben eine ganz bestimmte Form, die einzigartig für jedes Protein ist.

Die lange Kette von aneinandergereihten Aminosäuren ist die sogenannte Primärstruktur von Proteinen. Jedes Protein hat eine ganz individuelle Sequenz aus Aminosäuren, die charakteristisch für dieses Protein ist. Neben dieser Primärstruktur faltet sich ein Protein aber weiter zu einer ganz bestimmten Form.

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Foto 2: Shutterstock / magnetix

Man kann das vereinfacht so erklären, dass Aminosäuren lieber mit Aminosäuren interagieren, die ihnen ähnlich sind. Wenn diese Aminosäuren aber nicht direkt nebeneinander liegen, muss sich die Perlenkette eben falten, damit sich diese Aminosäuren näherkommen. Ein Protein kann nur aus Helices oder aus Faltblättern bestehen oder sowohl Helices als auch Faltblattstrukturen haben. Das gesamte 3-dimensionale Aussehen des Proteins bezeichnet man als Tertiärstruktur. Da gibt es zum Beispiel eher kugelförmige Proteine, wie das Hämoglobin oder lange faserförmige Proteine, wie das Collagen.

Fassen wir nochmal zusammen: Jedes Protein besitzt eine spezielle Abfolge von Aminosäuren und nimmt eine charakteristische Form an. Beides ist ganz entscheidend für ihre biologische Funktion. Was aber passiert jetzt, wenn ich diese Struktur verändere?

Bei Joghurt funktioniert das ganz ähnlich. Nur wird hier mit Säure und nicht mit Hitze gearbeitet. Die Milchsäurebakterien futtern den in der Milch enthaltenen Milchzucker, die Lactose auf und produzieren dabei Milchsäure. Durch die Säure verlieren die Caseine (bestimmte Milchproteine) in der Milch ihre Löslichkeit und fallen aus. Sie lagern sich dann zusammen und bilden dabei ein 3-dimensionales Proteinnetzwerk aus, das dafür sorgt, dass der Joghurt fest wird.

Bei Käse läuft das Ganze übrigens enzymatisch ab. Das Lab (ein Enzym, das für die Käseherstellung nötig ist) schneidet sozusagen die wasserlöslichen Aminosäuregruppen von der Caseinoberfläche ab. Das bewirkt ebenfalls, dass das Casein nicht mehr löslich ist und sich fester Käse bildet.

Das ein oder andere Protein habe ich ja im bisherigen Text schon erwähnt. Viele Proteine werden heute auch mit der englischen Bezeichnung verwendet, wie zum Beispiel das Whey. Deshalb hier eine kurze Übersicht über Herkunft und Bezeichnung der wichtigsten Nahrungsproteine:

Sowohl im Eigelb als auch im Eiweiß kommen unterschiedliche Proteine vor. Eigelb enthält zusätzlich noch Fett. Das mengenmäßig häufigste Protein ist das Ovalbumin, welches im Eiklar vorkommt.

Neben den Muskelproteinen, wie Myosin und Actin, um zwei wichtige Vertreter zu nennen, gibt es noch die Bindegewebsproteine, wie zum Beispiel Collagen und Elastin. Wobei Collagen in unserer Ernährung die bedeutendere Rolle einnimmt. Es findet sich hauptsächlich in Häuten, Sehnen, Knochen und bindegewebshaltigen Fleischstücken.

Auch Pflanzen gewinnen immer mehr Bedeutung als Proteinquelle. Pflanzliche Proteinquellen sind zum Beispiel Hanfsamen, Reis, Erbsen und Lupine.

In den weiteren Artikeln unserer Protein-Reihe beleuchten wir unter anderem die Bedeutung von Proteinen in der Lebensmittelherstellung und die unterschiedliche Wertigkeit von Proteinen aus tierischer und pflanzlicher Quelle.