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Proteine

Bedeutung in der Biologie

Ein Teil der Nahrung besteht aus Proteinen. Sie werden für den Stoffwechsel benötigt und beeinflussen zahlreiche Vorgänge im (menschlichen) Körper. So sind sie etwa die Baustoffe des Körpers, ermöglichen den Transport von Nährstoffen oder fungieren als Enzyme als Biokatalysatoren.

Aminosäuren: Bausteine der Proteine

Proteine bestehen aus langen Strängen von Aminosäuren (kurz für Aminocarbonsäuren). Insgesamt gibt es 20 verschiedene Aminosäuren. Sie haben einen gleichen Aufbau und unterscheiden sich nur in einem Rest R, der ein Wasserstoffatom oder eine Molekülgruppe ist:

Allgemeiner Bau einer AminosäureAllgemeiner Bau einer Aminosäure
Allgemeiner Bau einer Aminosäure

Unpolare Aminosäuren haben als Rest eine unpolare Gruppe. Beispiele sind zum Beispiel Alanin mit einer Methylgruppe und Glycin mit einem Wasserstoffatom als Rest. Polare Aminosäuren haben eine polare Gruppe, saure eine Carboxygruppe und basische eine Aminogruppe im Rest.

Die Aminosäuren verknüpfen sich miteinander, indem die Aminogruppe einer Aminosäure mit der Carboxygruppe einer anderen Aminosäure reagiert. Dabei wird ein Wassermolekül frei, weshalb von einer Kondensation gesprochen wird. Durch die Kondensation entsteht ein Dipeptid:

Bildung von PeptidbindungenBildung von Peptidbindungen
Bildung von Peptidbindungen durch Kondensation

Die Eigenschaften der Proteine werden durch die Aneinanderreihung der Aminosäuren bestimmt. Diese Aminosäuresequenz ist in der DNA abgespeichert. Sie bestimmt etwa, welche Form das Protein hat, wodurch auch die Funktionsweise eines Proteins festgelegt wird. Kommt es bei der Aminosäuresequenz zu Fehlern, kann dies dazu führen, dass das Protein funktionsunfähig wird.

Aminosäuren: Zwitterionen

Da es sich bei der Carboxygruppe um eine saure und bei der Aminogruppe um eine basische Molekülgruppe handelt, kann die Aminosäure ein Proton abspalten bzw. aufnehmen. Dieses geschieht innerhalb des Moleküls (Protonenwanderung). Durch die Ionen bilden die Aminosäuren Salze. Die Aminosäure, bei der das Proton gewandert ist, nennt man Zwitterion.

Alanin und sein ZwitterionAlanin und sein Zwitterion
Alanin und das durch die Protonenwanderung entstandene Zwitterion

Aminosäuren: Puffereigenschaften

Aufgrund der Möglichkeit der Aminosäuren, Protonen abzuspalten bzw. aufzunehmen, haben die Aminosäuren und Proteine Puffereigenschaften. Das bedeutet, dass sie in der Lage sind, sowohl Oxoniumionen als auch Hydroxidionen aufzunehmen. Dadurch können Aminosäuren bzw. Proteine den pH-Wert konstant halten.

Puffereigenschaft der AminosäurenPuffereigenschaft der Aminosäuren
Puffereigenschaft der Aminosäuren durch Aufnahme oder Abgabe eines Protons

Ohne diese Puffereigenschaft würde etwa schon bei geringen Änderungen des pH-Werts des Bluts eine Lebensgefahr bestehen.

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