Protein, auch: Eiweiß

aus Aminosäuren aufgebaute Moleküle, die Struktur und Funktion jeder lebenden Zelle bedingen

Die Proteine sind der „Grundstoff des Lebens“. Sie sind verantwortlich für Form und Aufbau der Zellen sowie für die biochemischen Prozesse des Stoffwechsels. Sie haben vielfältige Funktionen: So gibt es etwa Strukturproteine (z.B. Collagen), Enzymproteine, Transportproteine (z.B. Hämoglobin), Immunproteine und Hormonproteine.

Die in der Natur vorkommenden Proteine werden aus bis zu 22 Aminosäuren gebildet. Diese verbinden sich zu langen Ketten, die räumlich gefaltet sind. Viele Proteine bestehen aus mehreren solcher Ketten. Die Abfolge der Aminosäuren ist im genetischen Code auf der DNA festgelegt. Die genetische Information wird abgelesen und an die „Eiweißfabriken“ (Ribosomen) der Zellen übermittelt. Dort werden die jeweiligen Proteine dann hergestellt.

Die spezifische Funktion der Proteine wird durch die räumliche Struktur bestimmt. So bilden sich Bindestellen für ganz bestimmte Stoffe, mit denen die Proteine reagieren und damit bestimmte Funktionen ausüben, etwa den Transport eines bestimmten Moleküls in die Zelle. Mutationen im genetischen Code können leicht zu Veränderungen im Aufbau der Proteine führen, wenn etwa eine Aminosäure durch eine andere ausgetauscht wird. Als Folge kann es zu Funktionsstörungen kommen, die von einer erhöhten oder verminderten Aktivität bei Enzymproteinen bis hin zu einem vollständigen Funktionsverlust reichen.

In der Forschung ist wichtig, möglichst umfassende Kenntnisse über die dreidimensionale Form der Proteine zu haben. Mit Hilfe künstlicher Intelligenz ist es neuerdings möglich, die räumliche Struktur von Proteinen aus ihrer DNA-Sequenz oder der Abfolge der Aminosäuren zu berechnen (Alphafold).

In der Pflanzen- und Tierzüchtung nutzt man gezielt Mutationen, um Proteine zu verändern und ihre Funktion zu beeinflussen. Dabei spielen zunehmend die neuen Genome Editing-Methoden eine Rolle, mit denen durch ganz gezielte Veränderungen des genetischen Codes einzelne Gene und damit die codierten Proteine verändert werden können.

Bedeutung der Proteine in der Ernährung

In der Ernährung zählen Proteine neben Fetten und Kohlenhydraten zu den Hauptnährstoffen. Sie versorgen den Körper v.a. mit essentiellen Aminosäuren und Stickstoff. Zu den proteinreichen Lebensmitteln gehören mageres Fleisch, Fisch, Eier, Vollkornprodukte und Hülsenfrüchte. In den Industrieländern führt der oft übermäßige Verzehr tierischer Nahrungsmittel (v.a. Fleisch) zu einer überhöhten Zufuhr von Eiweiß, was sich negativ auf Gesundheit und Umwelt auswirkt.

Im Gegensatz dazu ist die Proteinversorgung in den Entwicklungsländern häufig unzureichend, was Mangelernährung und gesundheitliche Probleme zur Folge hat. Um die betroffenen Menschen besser mit Proteinen zu versorgen, arbeiten Wissenschaftler daran, Pflanzen wie Hirse und Süßkartoffel mit Proteinen bzw. bestimmten Aminosäuren anzureichern und die Proteinverdaulichkeit zu verbessern.

Siehe auch

Aminosäuren Enzym Genetischer Code DNA Ribosomen Mutation Genome Editing