Eigenschaften und Funktionen von Proteinen
Eigenschaften von Proteinen
Die Eigenschaften von Proteinen hängen hauptsächlich von der Natur und der Anordnung der Aminosäuren ab. Zu den wichtigsten Merkmalen gehören:
Chemisches Verhalten und Löslichkeit
Proteine sind, genau wie Aminosäuren, amphotere Stoffe, die als pH-Puffer wirken können. Die Löslichkeit hängt in erster Linie von der Konformation ab. In der Regel sind faserförmige Proteine unlöslich, während kugelförmige (globuläre) Proteine wasserlöslich sind. Aufgrund ihrer hohen molaren Masse bilden sie dabei kolloidale Lösungen. Unpolare Aminosäuren befinden sich im Inneren des Moleküls, während polare, saure und basische Reste an der äußeren Peripherie Wasserstoffbrückenbindungen mit Wassermolekülen eingehen können.
Spezifität der Proteine
Proteine sind spezifisch für jede Art und variieren sogar innerhalb einer Art von Individuum zu Individuum. Diese Eigenschaft ist verantwortlich für die Abstoßungsreaktionen bei Transplantationen und Bluttransfusionen, da der Körper fremde Proteine als Fremdkörper erkennt und darauf reagiert. Sogenannte homologe Proteine erfüllen die gleiche Funktion in verschiedenen Arten. Die Unterschiede zwischen diesen Proteinen sind umso größer, je weiter die Arten in der phylogenetischen Skala voneinander entfernt sind. Dies dient als Grundlage für vergleichende Studien zur Bestimmung der evolutionären Verwandtschaft.
Denaturierung von Proteinen
Die Denaturierung ist ein Prozess, bei dem das Protein seine charakteristische Konfiguration (native Konformation) verliert. Infolgedessen verliert es seine biologische Aktivität. Denaturierung tritt auf, wenn das Protein ungünstigen Umweltbedingungen ausgesetzt ist, wie z. B.:
- Erhöhung der Temperatur
- Variationen des pH-Werts
- Anwesenheit bestimmter chemischer Stoffe
Diese Faktoren können die Bindungen der Sekundär-, Tertiär- und Quartärstruktur aufbrechen, lassen jedoch die Primärstruktur unberührt. Unter bestimmten Bedingungen kann die Denaturierung reversibel sein (Renaturierung), sofern die Faktoren nicht zu intensiv oder langanhaltend eingewirkt haben.
Funktionen der Proteine
Strukturfunktion
Proteine bilden den Hauptbestandteil vieler organischer Strukturen:
- Auf zellulärer Ebene: Glykoproteine (Bestandteil von Zellmembranen), Histone (Bestandteil der Chromosomen), Tubulin und Aktin (Bildung des Zytoskeletts sowie von Wimpern und Geißeln).
- Auf biologischer Ebene: Kollagen (in Sehnen, Knochen und Knorpel), Elastin (in elastischen Geweben) und Keratin (in der Epidermis, Nägeln und Haaren).
Reservefunktion
Einige Proteine dienen als Nährstoffspeicher für die embryonale Entwicklung:
- Ovalbumin: Vorkommen im Eiklar.
- Casein: Vorkommen in der Milch.
Homöostatische Funktion
Proteine tragen zur Aufrechterhaltung konstanter innerer Bedingungen bei. Sie spielen eine Rolle beim osmotischen Gleichgewicht und wirken aufgrund ihres amphoteren Charakters als Puffersysteme zur Regulierung des pH-Werts.
Transportfunktion
Spezifische Proteine sind für den Transport von Molekülen im Körper verantwortlich:
- Permeasen und Pumpen: Membranproteine, die Moleküle durch die Zellmembran transportieren.
- Hämoglobin: Transportiert Sauerstoff im Blut.
- Lipoproteine: Transportieren unlösliche Lipide.
Abwehr- und Schutzfunktion
Eine Gruppe von Proteinen schützt den Körper gegen Fremdstoffe: Immunglobuline fungieren als Antikörper.
Hormonelle Funktion
Einige Proteine wirken als Hormone und regulieren wichtige physiologische Prozesse, wie zum Beispiel Insulin. Zudem sind Proteine wie Myofibrillen für die Muskelkontraktion der Zellen zuständig.
Katalytische Funktion
Bestimmte Proteine, die sogenannten Enzyme, erleichtern und beschleunigen chemische Reaktionen im Körper, indem sie die benötigte Aktivierungsenergie senken.