Aminosäuren und Proteine einfach erklärt

Aminosäuren sind organische Moleküle, die an einem zentralen Kohlenstoffatom eine Aminogruppe (NH2), eine Carboxylgruppe (COOH), ein Wasserstoffatom und einen variablen Rest R tragen. Dieser Rest R unterscheidet sich von Aminosäure zu Aminosäure und bestimmt, welche der zwanzig natürlich vorkommenden Aminosäuren jeweils vorliegt.

Proteine, auch Eiweiße genannt, entstehen, wenn viele Aminosäuren über sogenannte Peptidbindungen zu langen Ketten verknüpft werden. Diese Ketten falten sich anschließend in eine charakteristische dreidimensionale Form, die über die Funktion des Proteins entscheidet, egal ob es als Enzym, Muskelbaustein oder Transportmolekül wirkt.

Ein typischer Fehler ist, Aminosäuren und Proteine gedanklich gleichzusetzen. Aminosäuren sind die einzelnen Bausteine, Proteine sind die daraus aufgebauten langen Ketten, vergleichbar mit einzelnen Buchstaben, die erst zusammen ein sinnvolles Wort ergeben.

Ein häufiger Fehler ist, die Peptidbindung mit einer gewöhnlichen Einfachbindung zu verwechseln. Die Peptidbindung hat durch eine besondere Elektronenverteilung einen teilweisen Doppelbindungscharakter, wodurch sie planar und nicht frei drehbar ist, was für die Faltung von Proteinen entscheidend ist.

Ein zweiter Fehler ist, die Anzahl der Peptidbindungen mit der Anzahl der Aminosäuren gleichzusetzen. Bei n Aminosäuren in einer linearen Kette entstehen immer nur n - 1 Peptidbindungen, weil die beiden Enden der Kette jeweils nur eine Verknüpfung besitzen.

Ein dritter Fehler betrifft die Denaturierung: Viele Schüler glauben, bei der Denaturierung würden Peptidbindungen gespalten. Tatsächlich bleibt die Abfolge der Aminosäuren, also die Primärstruktur, bei der Denaturierung erhalten, nur die räumliche Faltung des Proteins geht verloren.

In der Ernährung sind Proteine ein zentraler Nährstoff, weil der Körper aus den mit der Nahrung aufgenommenen Aminosäuren eigene Proteine für Muskeln, Enzyme und Hormone aufbaut. Eine ausgewogene Ernährung liefert dabei sowohl essentielle als auch nicht essentielle Aminosäuren in ausreichender Menge.

Beim Kochen eines Eis lässt sich Denaturierung direkt beobachten: Das klare Eiklar besteht größtenteils aus dem Protein Ovalbumin, das durch Hitze denaturiert, seine ursprüngliche Faltung verliert und dabei fest und weiß wird. Dieser Vorgang ist nicht umkehrbar, weshalb sich ein gekochtes Ei nicht wieder in den flüssigen Zustand zurückverwandeln lässt.

Auch Milchsäurebakterien nutzen Denaturierung: Bei der Joghurtherstellung senken die Bakterien den pH-Wert der Milch, wodurch Milchproteine denaturieren und ausflocken. Dieser Effekt sorgt für die charakteristische dickliche Konsistenz von Joghurt gegenüber flüssiger Milch.

In der Klassenarbeit wirst du oft gebeten, die vier Strukturebenen eines Proteins zu erklären. Merke dir die Reihenfolge von der einfachsten zur komplexesten Ebene: Primärstruktur (Aminosäuresequenz), Sekundärstruktur (Faltung durch Wasserstoffbrücken), Tertiärstruktur (Gesamtfaltung der Kette) und Quartärstruktur (Zusammenlagerung mehrerer Ketten).

Wirst du nach der Anzahl der Peptidbindungen in einer Kette gefragt, denke immer daran, dass es bei n Aminosäuren nur n - 1 Verknüpfungsstellen gibt, nicht n. Dieser Fehler kostet in Klassenarbeiten regelmäßig Punkte, obwohl das Prinzip der Peptidbindung sonst richtig verstanden wurde.