Proteine: Aufbau und Funktionen

Proteine sind essentielle Makromoleküle, die vielfältige Funktionen im Körper erfüllen:

• Sie verleihen der Zelle Struktur
• Sie dienen als Transportmoleküle (z.B. Hämoglobin)
• Sie sind wichtig für die Immunität (Antikörper)
• Sie können als Nährstoffe dienen

Definition: Proteine sind aus Aminosäuren aufgebaute Makromoleküle, die zahlreiche lebenswichtige Funktionen im Organismus erfüllen.

Die Bausteine der Proteine sind 20 verschiedene Aminosäuren. Jede Aminosäure besteht aus:

• Einem zentralen Kohlenstoffatom
• Einer Aminogruppe (-NH₂)
• Einer Carboxylgruppe (-COOH)
• Einem spezifischen organischen Rest (R)

Vocabulary: Die Peptidbindung ist die kovalente Bindung zwischen der Carboxylgruppe einer Aminosäure und der Aminogruppe einer anderen Aminosäure unter Abspaltung von Wasser.

Der Aufbau von Proteinen erfolgt in vier Strukturebenen:

1. Primärstruktur: Lineare Abfolge der Aminosäuren
2. Sekundärstruktur: Räumliche Anordnung der Polypeptidkette (α-Helix oder β-Faltblatt)
3. Tertiärstruktur: Dreidimensionale Faltung der Polypeptidkette
4. Quartärstruktur: Zusammenlagerung mehrerer Polypeptidketten

Highlight: Die Sekundärstruktur wird durch Wasserstoffbrücken zwischen benachbarten Aminosäuren stabilisiert, während die Tertiärstruktur durch verschiedene Wechselwirkungen wie Wasserstoffbrücken, Ionenbindungen und hydrophobe Interaktionen gebildet wird.

Beeinflussung der Enzymaktivität durch Temperatur

Die Temperatur hat einen signifikanten Einfluss auf die Aktivität von Enzymen:

• Mit steigender Temperatur nimmt zunächst die Enzymaktivität zu, da mehr Teilchenbewegung zu häufigeren Zusammenstößen zwischen Enzym und Substrat führt.
• Die RGT-Regel besagt, dass eine Temperaturerhöhung um 10°C die Reaktionsgeschwindigkeit um das 2- bis 3-fache erhöht.

Highlight: Jedes Enzym hat ein spezifisches Temperaturoptimum, bei dem es am effektivsten arbeitet. Für die meisten Enzyme liegt dieses bei 35-40°C.

Allerdings gilt diese Regel nur bis zu einem gewissen Punkt:

• Bei zu hohen Temperaturen (meist über 40°C) kommt es zur Denaturierung der Proteine.
• Die Enzyme verlieren ihre dreidimensionale Struktur und damit ihre Wirksamkeit.
• Die katalysierten Reaktionen kommen zum Erliegen.

Beispiel: Enzyme in extremen Lebensräumen, wie bei thermophilen Bakterien, können auch bei deutlich höheren Temperaturen aktiv sein.

Die Temperaturabhängigkeit der Enzymaktivität ist ein wichtiger Faktor in biologischen Systemen und muss bei der Anwendung von Enzymen in industriellen Prozessen berücksichtigt werden.