Proteine und Nukleinsäuren: Struktur und Funktion

Proteine: Die Bausteine des Lebens

Struktur und Aufbau von Proteinen

Proteine bestehen aus langen Ketten von Aminosäuren. Es gibt 20 verschiedene Aminosäuren, von denen 8 als essentiell bezeichnet werden, da der menschliche Körper sie nicht selbst herstellen kann. Aminosäuren sind durch Peptidbindungen miteinander verbunden. Diese Bindung entsteht unter Abspaltung eines Wassermoleküls.

Man unterscheidet zwischen hydrophoben (wasserabweisenden) und hydrophilen (wasserliebenden) Aminosäuren. Hydrophile Aminosäuren sind polar und können Wasserstoffbrückenbindungen mit Wasser eingehen.

Vorkommen: Proteine sind in vielen Lebensmitteln enthalten, z. B. in Fleisch, Eiern, Hülsenfrüchten und Milchprodukten.

Atomare Zusammensetzung: C, H, O, N

Submolekulare Einheit: Aminosäure

Proteinstrukturen und ihre Bedeutung

Die Aminosäuresequenz bestimmt die Primärstruktur eines Proteins. Diese kann sich zu einer Alpha-Helix (spiralige Struktur) oder einem Beta-Faltblatt (Zickzack-Struktur) falten, was als Sekundärstruktur bezeichnet wird. Die Tertiärstruktur beschreibt die räumliche Anordnung der Sekundärstrukturelemente. Man unterscheidet hier zwischen globulären Proteinen und Faserproteinen. Die Quartärstruktur entsteht durch die Zusammenlagerung mehrerer Polypeptidketten (Untereinheiten), wie z. B. beim Hämoglobin.

Proteinfunktionen im Organismus

• Strukturfunktion: Proteine sind Bestandteile vieler biologischer Strukturen, z. B. Kollagen (Bindegewebe), Elastin (Haut), Keratin (Haare, Nägel), Aktin und Myosin (Muskeln).
• Enzymatische Funktion: Enzyme sind Biokatalysatoren, die chemische Reaktionen beschleunigen.
• Transportfunktion: Proteine in der Zellmembran ermöglichen den Transport von Molekülen, z. B. die Natrium-Kalium-Pumpe.
• Abwehrfunktion: Antikörper sind Proteine, die von B-Lymphozyten (weiße Blutkörperchen) produziert werden und Krankheitserreger (Viren, Bakterien) bekämpfen.
• Hormonelle Funktion: Einige Hormone, wie z. B. das Wachstumshormon Somatotropin, sind Proteine und wirken als Botenstoffe.

Hämoglobin und Anämie

Hämoglobin ist ein globuläres Protein in den roten Blutkörperchen, das für den Transport von Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid verantwortlich ist. Eisenmangel kann zu Anämie führen, da Eisen ein wichtiger Bestandteil des Hämoglobins ist.

Nukleinsäuren: Die Träger der Erbinformation

Struktur und Aufbau von Nukleinsäuren

Nukleinsäuren bestehen aus Nukleotiden. Ein Nukleotid setzt sich aus einer stickstoffhaltigen Base, einem Zucker (Pentose) und einer Phosphatgruppe zusammen. Die Nukleotide sind über Phosphodiesterbindungen miteinander verknüpft.

Basenpaarung und DNA-Struktur

Es gibt vier verschiedene Basen in der DNA: Adenin (A), Guanin (G), Cytosin (C) und Thymin (T). Adenin und Guanin sind Purine (Doppelringstruktur), Cytosin und Thymin sind Pyrimidine (Einzelringstruktur). In der RNA kommt anstelle von Thymin die Base Uracil (U) vor. Die Basen bilden komplementäre Paare: A paart mit T (bzw. U in der RNA) und G paart mit C. Die DNA liegt als Doppelhelix vor, wobei die beiden Stränge antiparallel zueinander verlaufen.

Chromosomen und Karyotyp

Der menschliche Karyotyp beschreibt den Chromosomensatz einer Zelle. Eine diploide menschliche Zelle enthält 46 Chromosomen (23 Paare), eine haploide Zelle (z. B. Keimzellen) enthält 23 Chromosomen. Homologe Chromosomen sind gleich groß, aber stammen von unterschiedlichen Eltern. Heterochromosomen (Geschlechtschromosomen) unterscheiden sich in ihrer Größe und Form. Männer haben ein X- und ein Y-Chromosom (XY), Frauen haben zwei X-Chromosomen (XX).