Proteine: Funktionen und Eigenschaften

Proteine: Funktionen

• Proteine sind wichtige Bausteine der Zelle und erfüllen zahlreiche Funktionen
• Sie bilden definierte Strukturen wie das Cytoskelett (z. B. Aktin)
• Proteine kontrollieren Wachstum und Differenzierung von Zellen
• Sie ermöglichen Bewegung durch Strukturen wie den Spindelapparat (Mikrotubuli)
• Proteine sind für die Immunität verantwortlich, da sie Antikörper bilden
• Sie wirken als Katalysatoren (Enzyme) wie die Hexokinase in der Glykolyse
• Proteine transportieren und speichern Moleküle, zum Beispiel Hämoglobin (Sauerstofftransport) und Ferritin (Eisenspeicherung)
• Sie ermöglichen den Stoffaustausch durch Porine (Transportmembranproteine in Mitochondrien) und Aquaporine (Wassertransport)
• Proteine übermitteln Signale, wie die Peptidhormone Insulin und Glukagon, die den Blutzuckerspiegel regulieren
• Sie tragen zur Energiegewinnung bei, da Aminosäuren wie Fette oxidiert werden können

Proteine: Grundlagen

• Proteine entstehen durch Wasserstoffbrücken zwischen benachbarten Aminosäuren
• Die Seitenketten der Aminosäuren (Reste) sind nicht an der Brückenbildung beteiligt
• Es gibt verschiedene Wechselwirkungen, die die Proteinstruktur stabilisieren:
  • Hydrophobe und ionische Wechselwirkungen
  • Disulfidbrücken (intra- und intermolekular)
  • Wasserstoffbrücken
  • van-der-Waals-Kräfte
• Hydrophobe Aminosäuren befinden sich im Inneren des Proteins
• Polare, geladene Aminosäuren sind nach außen exponiert

Aminosäuren: Bausteine der Proteine

• Aminosäuren sind die Bausteine von Proteinen
• Sie sind Substrate der Glukoneogenese
• Aminosäuren können zu Metaboliten des Citratzyklus und der Glykolyse umgewandelt werden
• Sie sind Vorstufen von Signalmolekülen wie Histamin, Dopamin und Adrenalin
• Aminosäuren sind NH3+-Donatoren für die Biosynthese von Stickstoff enthaltenden Verbindungen wie Purinen und Pyrimidinen
• Die Aminogruppe der Aminosäure zeigt in der Fischer-Projektion nach links
• Es gibt 21 proteinogene Aminosäuren, die in Proteinen vorkommen
• Mehr als 100 nicht-proteinogene Aminosäuren existieren, wie Ornithin und Citrullin (Zwischenprodukte des Harnstoffzyklus), Homocystein und Homoserin (Zwischenprodukte des Aminosäureabbaus) sowie Hippurat
• Aminosäuren sind für die Synthese zahlreicher Stickstoff enthaltender Moleküle verantwortlich, darunter die Basen der Nucleinsäuren, fast alle Neurotransmitter und das Häm des Hämoglobins
• Jede Aminosäure besteht aus:
  • einer Aminogruppe (-NH2)
  • einer Carboxylgruppe (-COOH)
  • einem zentralen Kohlenstoffatom
  • einem Wasserstoffatom
  • einem Rest (spezifische Seitenkette)

Aminosäuren: Ladung und Isoelektrischer Punkt

• Die Aminogruppe der Aminosäure kann leicht ein Proton aufnehmen und wird dann positiv geladen (NH3+)
• Die Carboxylgruppe der Aminosäure gibt leicht ein Proton ab und wird dann negativ geladen (COO-)
• Bei pH 7 ist die Aminogruppe protoniert (NH3+), die Carboxylgruppe deprotoniert (COO-)
• Bei saurem pH (viele Protonen in Lösung) sind beide Gruppen protoniert
• Bei basischem pH (wenig Protonen) sind beide Gruppen deprotoniert
• Aminosäuren sind bei niedrigem pH-Wert positiv geladen, da beide Gruppen protoniert sind
• Mit steigendem pH-Wert wird die Aminosäure negativer, da Protonen abgegeben werden
• Der isoelektrische Punkt (pI) ist der pH-Wert, bei dem die Aminosäure ungeladen ist

Einteilung der Aminosäuren

• Hydrophobe Aminosäuren besitzen eine nichtpolare Seitenkette
• Polare Aminosäuren haben eine neutrale Seitenkette, auf der die Ladung unregelmäßig verteilt ist
• Positiv geladene Aminosäuren haben eine positive Ladung in ihrer Seitenkette bei physiologischem pH-Wert
• Negativ geladene Aminosäuren haben eine negative Ladung in ihrer Seitenkette bei physiologischem pH-Wert

Proteine - Bausteine des Lebens

• Proteine sind vielseitige Moleküle mit einer Vielzahl von Funktionen im Körper, darunter:
  • Strukturelle Funktionen: Als Baustoffe der Zelle bilden sie das Cytoskelett und definierte Strukturen innerhalb und außerhalb der Zellen.
  • Kontrolle von Wachstum und Differenzierung: Proteine steuern Wachstum und Differenzierung von Zellen und Geweben.
  • Bewegung: Proteine wie Mikrotubuli bilden den Spindelapparat und ermöglichen Zellteilung und Bewegung.
  • Immunität: Antikörper sind Proteine, die eine wichtige Rolle bei der Immunantwort spielen.
  • Katalyse: Enzyme, auch Proteine, katalysieren biochemische Reaktionen im Körper, wie die Hexokinase in der Glykolyse.
  • Transport und Speicherung von Molekülen: Proteine wie Hämoglobin transportieren Sauerstoff im Blut, während Ferritin Eisen speichert.
  • Stoffaustausch: Transportmembranproteine wie Porine und Aquaporine ermöglichen den Stoffaustausch zwischen Zellen und ihrer Umgebung.
  • Signalübertragung: Peptidhormone wie Insulin und Glukagon sind Proteine, die Signale im Körper weiterleiten.
  • Energiegewinnung: Aminosäuren können wie Fette oxidiert werden, um Energie zu gewinnen.

Aminosäuren - Die Bausteine von Proteinen

• Aminosäuren sind die Grundbausteine von Proteinen.
• Es gibt 21 proteinogene Aminosäuren, die in Proteinen vorkommen.
• Zusätzlich existieren über 100 nicht-proteinogene Aminosäuren wie Ornithin und Citrullin.
• Aminosäuren haben eine charakteristische Struktur:
  • Sie besitzen eine Aminogruppe (NH3+), eine Carboxylgruppe (COOH), ein zentrales Kohlenstoffatom, ein Wasserstoffatom und einen spezifischen Rest (Seitenkette).
• Die Eigenschaften der Seitenkette bestimmen die Eigenschaften der einzelnen Aminosäure.
• Aminosäuren können in vier Kategorien eingeteilt werden:
  • Hydrophobe Aminosäuren mit unpolaren Seitenketten.
  • Polare Aminosäuren mit neutralen Seitenketten, die eine unregelmäßige Ladungsverteilung aufweisen.
  • Positiv geladene Aminosäuren mit positiv geladenen Seitenketten.
  • Negativ geladene Aminosäuren mit negativ geladenen Seitenketten.
• Der isoelektrische Punkt (pI) einer Aminosäure ist der pH-Wert, bei dem sie keine Netto-Ladung trägt.

Proteinstruktur

• Die dreidimensionale Struktur eines Proteins wird durch die Reihenfolge der Aminosäuren in seiner Aminosäuresequenz bestimmt.
• Es gibt vier Ebenen der Proteinstruktur:
  • Primärstruktur: Die Reihenfolge der Aminosäuren in der Kette.
  • Sekundärstruktur: Lokale Faltungen der Aminosäurekette, wie Alpha-Helices und Beta-Faltblätter, die durch Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Aminosäuren stabilisiert werden.
  • Tertiärstruktur: Die dreidimensionale Form des gesamten Proteins, die durch Wechselwirkungen zwischen den Seitenketten der Aminosäuren bestimmt wird, darunter hydrophobe Wechselwirkungen, Wasserstoffbrückenbindungen, ionische Wechselwirkungen und Disulfidbrücken.
  • Quartärstruktur: Die Anordnung mehrerer Untereinheiten (Polypeptidketten), die durch nicht-kovalente Wechselwirkungen zusammenhalten.

Proteinfunktionen

• Die Funktionen von Proteinen werden durch ihre dreidimensionale Struktur bestimmt.
• Durch die räumliche Anordnung der Aminosäuren entstehen spezifische Bindungsstellen für andere Moleküle, wodurch die Proteine ihre vielfältigen Aufgaben im Körper ausführen können.
• Die Eigenschaften der Seitenketten der Aminosäuren spielen eine entscheidende Rolle für die Funktion von Proteinen.

Zusammenfassend

• Proteine sind essentiell für das Leben und erfüllen vielfältige Funktionen im Körper.
• Aminosäuren sind die Bausteine von Proteinen, und ihre Eigenschaften bestimmen die Eigenschaften des Proteins.
• Die dreidimensionale Struktur eines Proteins ist entscheidend für seine Funktion.

Dieses Quiz behandelt die vielseitigen Funktionen von Proteinen in Zellen. Erfahren Sie, wie Proteine strukturelle Aufgaben erfüllen, Bewegung ermöglichen, das Immunsystem unterstützen und als Katalysatoren agieren. Testen Sie Ihr Wissen über die Rolle von Proteinen in verschiedenen biologischen Prozessen.