Proteine

Proteine übernehmen innerhalb von Organismen zahlreiche lebenswichtige Aufgaben. Sie dienen als Stützstrukturen (Strukturproteine), erleichtern Speicherung (Speicherproteine) und Transport (Transportproteine) anderer Stoffe, sowie die Signalübermittlung (Hormonelle Proteine und Rezeptorproteine) innerhalb des Organismus, sie sind nötig zur Bewegung (Kontraktile Proteine) und werden zur Abwehr (Abwehrproteine) von Fremdstoffen genutzt. Zudem fungieren sie auch als Biokatalysatoren für zahlreiche Reaktionen (Enzymatische Proteine/Enzyme). Dementsprechend gehören sie zu den grundlegendsten "Erfindungen der Natur", die das Leben ermöglicht haben.

	Beispiele
Strukturproteine	Keratine in Haaren, Horn, Federn... etc.
Speicherproteine	Ovalbumin im Eiweiß eines Hühnereis dient als Aminosäurequelle für den sich entwickelnden Embryo
Transportproteine	Hämoglobin (Hauptbestandteil der roten Blutkörperchen) ermöglicht den effizienten Transport des schwerlöslichen Sauerstoffs über die Blutbahn
Hormonelle Proteine	Insulin, ein Polypeptidhormon der Bauchspeicheldrüse das den Blutzuckerspiegel reguliert
Rezeptorproteine	Chemisch gesteuerte Membranrezeptoren
Kontraktile Proteine	Aktin und Myosin, Hauptbestandteile der Skelettmuskeln
Abwehrproteine	Antikörper , vom Immunsystem produziertes Protein, welches die spezifischen Oberflächenstrukturen eines Fremdkörpers erkennt und sich an diese anheftet
Enzymatische Proteine	Pepsin, ein Enzym des Magens, und Trypsin, eines der Bauchspeicheldrüse, zerlegen Eiweiße. Zymase, ein Enzym der Hefe, bewirkt die Gärung

Alle Proteine sind Polymere, welche aus den 20 in der Natur vorkommenden Aminosäuren zusammengesetzt sind (Polypeptide)

Aminosäuren zeichnen sich allgemein dadurch aus, dass sie sowohl eine Carboxylgruppe als auch eine Aminogruppe (H₃N⁺) besitzen. Die besonderen Eigenschaften jeder Aminosäure sind von den chemischen und physikalischen ihrer Seitenkette abhängig. Im Zuge der Proteinbiosynthese werden zahlreiche dieser Aminosäuren verkettet, indem Carboxylgruppe und Aminogruppe unter Abspaltung von H₂O miteinander verbunden werden. Diese Reaktion wird an den Ribosomen katalysiert. Durch die vielfältigen Kombinationsmöglichkeiten stehen dem Organismus unzählige Varianten zur Verfügung, wobei nur ein geringer Anteil der Kombinationsmöglichkeiten im Endeffekt ein funktionsfähiges Protein ergibt. Schon der Austausch einer einzelnen Aminosäure kann zum Funktionsverlust führen.

Man unterscheidet 4 Kriterien im Aufbau der Proteine, welche deren Funktion maßgeblich beeinflussen.

1. Die Primärstruktur: Sie entspricht der Aminosäuresequenz. Kleinste Abweichungen von den festgelegten Sequenzen können zu Funktionsunfähigkeit führen.
2. Die Sekundärstruktur: Bedingt durch Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen faltet und windet sich die Polypeptidkette unter Ausbildung von a-Helices und ß-Faltblättern.
3. Die Tertiärstruktur: Unregelmäßige Windungen der Polypeptidketten, die durch chemische Bindungen zwischen den Seitenketten der verschieden Aminosäuren stabilisiert werden. Ein zusätzlicher Faktor der zur Ausbildung der Tertiärstruktur beiträgt, sind die van-der-Waals-Kräfte, durch welche sich hydrophobe (unpolare) Seitenketten ins Proteininnere orientieren und hydrophile, polare Seitengruppen nach Außen zum wässrigen Medium. Auch hierdurch wird die Struktur zusätzlich verfestigt.
4. Die Quartärstruktur: Mehrere Polypeptidketten, die sich zu einem Protein zusammenschließen, bilden die Quartärstruktur. Diese spiegelt dementsprechend die Anordnung mehrere Untereinheiten zu einem Protein wieder.