Aufbau und Struktur von Proteinen

Aufgebaut werden Proteine durch 20 verschiedene Aminosäuren. Aminosäuren lassen sich danach einteilen, ob sie von einem Organismus selbst hergestellt werden können oder nicht. Aminosäuren, die nicht selbst synthetisiert werden können, werden als essentiell bezeichnet.

Abbildung 2.7: Aufbau einer Aminosäure

Jede Aminosäure besitzt einen identischen Aufbau, der in Abbildung 2.7 dargestellt wird. Eine Aminosäure besteht aus einer Amino- (NH₂) und einer Carboxylgruppe (COOH). Beide Gruppen werden über das $\alpha$-Kohlenstoffatom miteinander verknüpft. Zusätzlich ist an dem Kohlenstoffatom ein Wasserstoffatom und eine Restgruppe gebunden, die auch als Seitenkette bezeichnet wird. Die verschiedenen Aminosäuren unterscheiden sich dadurch, welche Atomgruppen sich in dieser Seitenkette befinden. Die einfachste Aminosäure ist Glycin, bei der die Restgruppe aus einem Wasserstoffatom besteht. Aminosäuren können zu langen Ketten miteinander verbunden werden. Reagiert die Aminogruppe einer Aminosäure mit der Carboxylgruppe einer anderen Aminosäure, ensteht unter Abspaltung von Wasser eine Peptidbindung. Dabei entstehen Ketten, die man als Peptide bzw. Polypeptide bezeichnet. Erst bei einer Kettenlänge von mehr als 100 Aminosäuren bezeichnet man sie als Proteine. Ein Protein muß jedoch nicht zwingend aus nur einer Aminosäurekette bestehen. Es kann auch aus mehreren, dicht nebeneinanderliegenden Ketten zusammengesetzt sein. Ausgehend von hundert Kettengliedern und 20 verschiedenen Aminosäuren ergeben sich 20¹⁰⁰ verschiedene Möglichkeiten ein Protein zusammenzusetzen. Die enorme Anzahl von möglichen Proteinen spiegelt die auch vielfältige Verwendung im Organismus wider. Die Funktionsweise eines Proteins wird durch dessen Struktur bestimmt, die sich durch mehrere Betrachtungsebenen beschreiben läßt. Insgesamt unterscheidet man zwischen vier Möglichkeiten:

Primärstruktur

Die Reihenfolge der Aminosäuren innerhalb eines Proteins, wird als Primärstruktur bezeichnet.

Sekundärstruktur

Die Sekundärstruktur gibt die lokale räumliche Anordnung einer Aminosäuresequenz wieder. Es können schraubenförmige Strukturen, die man als $\alpha$-Helix bezeichnet, oder auch aufgefaltete Stränge, die als Faltblatt bezeichnet werden, enstehen.

Tertiärstruktur

Mit der Tertiärstruktur wird die ganze räumliche Struktur einer Proteinkette beschrieben. Diese resultiert aus den Wechselbeziehungen zwischen den Seitenketten der einzelnen Aminosäuren.

Quartärstruktur

Besteht ein Protein aus mehreren Ketten, wird die ganze räumliche Anordnung als Quartärstruktur bezeichnet.