Proteine und Kohlenhydrate: Struktur, Funktion und Enzyme

1. Allgemeine Eigenschaften von Proteinen

Proteine erfüllen vielfältige Funktionen: enzymatische Aktivität, Belastbarkeit, Energiereserve, kontraktile Kapazität, Strukturgebung sowie Aufgaben im Verteidigungs- und Immunsystem. Manche Proteine enthalten Nicht-Protein-Stoffe (konjugierte Proteine). Die prothetische Gruppe ist der Nicht-Aminosäure-Anteil. Wichtige Beispiele sind Glykoproteine, Lipoproteine und Metalloproteine.

2. Allgemeine Struktur von Proteinen

• Primärstruktur: Die Aminosäuresequenz und die Lage der Disulfidbrücken.
• Sekundärstruktur: Die räumliche Beziehung zwischen benachbarten Aminosäuren. Sie bildet spontan Strukturen wie die α-Helix oder β-Faltblattstrukturen.
• Tertiärstruktur: Die dreidimensionale Konformation der Polypeptidkette.
• Quartärstruktur: Die Vereinigung mehrerer Polypeptidketten zu einem funktionellen Komplex.

3. Enzyme

Enzyme sind biologische Katalysatoren, die die Reaktionsgeschwindigkeit chemischer Substanzen erhöhen. Sie bestehen primär aus Proteinen.

• Holoenzym: Besteht aus dem Proteinanteil (Apoenzym) und einem Coenzym oder Cofaktor.
• Enzymatische Funktion: Enzyme sind große Moleküle mit komplexen Bindungen. Durch das Aufbrechen schwacher Bindungen wird Energie frei, die die Struktur verändert. Nach der Reaktion liegt das Enzym wieder in seiner ursprünglichen Form vor.
• Charakteristika: Hohe katalytische Aktivität, Spezifität für bestimmte Reaktionen und Substrate.
• Faktoren der Enzymaktivität: pH-Wert, Temperatur, Coenzyme, Zymogene (Proenzyme) und Hemmungserscheinungen (Blockade des aktiven Zentrums).

4. Funktionen von Kohlenhydraten

• Struktur- und Schutzfunktion für Gewebe.
• Schmierstoffe für Knochengelenke.
• Zelladhäsion (Oligosaccharide).
• Signalübertragung (inter- und intrazellulär).

5. Zusammensetzung von Kohlenhydraten

Molekular betrachtet handelt es sich um Polyhydroxyaldehyde oder Polyhydroxyketone. Das Verhältnis von C:H:O beträgt 1:2:1.

Haupttypen

• Monosaccharide
• Oligosaccharide: Bestehen aus einer kleinen Anzahl von Monosacchariden (unter 10). Wichtige Disaccharide:
  • Saccharose: Glucose + Fructose
  • Lactose: Glucose + Galaktose
  • Maltose: Glucose + Glucose
• Polysaccharide: Ketten aus hunderten oder tausenden Monosacchariden (z. B. Zellulose, Stärke, Glykogen).

6. Monosaccharide

Monosaccharide sind Aldehyde (Aldosen) oder Ketone (Ketosen) mit einer oder mehreren Hydroxylgruppen. Die Benennung erfolgt mit der Endung -osa.

• Molekulare Merkmale: Unverzweigte C-Kette (3 bis 7 C-Atome), verbunden durch kovalente Bindungen.
• Fischer-Projektion: Darstellung der dreidimensionalen Molekülform in einer Ebene.
• Isomerie: Die meisten natürlichen Monosaccharide sind D-Isomere; L-Formen sind meist künstlich.
• Epimerie: Epimere sind Zucker, die sich nur in der Konfiguration eines einzigen C-Atoms unterscheiden.