Eiweiß (Protein)

1. Einleitung

Proteine (Eiweiße) sind Polymere, die aus 20 standardmäßigen, proteinogenen Aminosäuren bestehen. Als eine der vier Hauptklassen biologischer Makromoleküle neben Kohlenhydraten, Lipiden und Nukleinsäuren ermöglichen sie durch ihre enorme Vielfalt an Sequenzen und Faltungen ein breites Spektrum biologischer Aufgaben.

2. Primär- bis Quartärstruktur

Primärstruktur bezeichnet die lineare Aminosäuresequenz, verbunden durch Peptidbindungen. Sekundärstrukturen wie α-Helices und β-Faltblätter entstehen durch Wasserstoffbrücken zwischen Peptidgruppen. Die Tertiärstruktur beschreibt die dreidimensionale Gesamtfaltung eines Polypeptids, stabilisiert durch hydrophobe Wechselwirkungen, Disulfidbrücken und ionische Bindungen. Treffen mehrere Polypeptide zusammen, spricht man von der Quartärstruktur (z. B. das tetramere Hämoglobin).

3. Biosynthese

Der Bauplan für jedes Protein ist in der DNA codiert. Während der Transkription wird die entsprechende Genregion in mRNA umgeschrieben. In der Translation lesen Ribosomen die mRNA und verknüpfen tRNA-beladene Aminosäuren zu Polypeptidketten. Posttranslationale Modifikationen wie Glycosylierung, Phosphorylierung oder Proteolyse verfeinern schließlich Aktivität, Stabilität und subzelluläre Lokalisation.

4. Funktionen von Proteinen

Proteine dienen als Enzyme, die Reaktionsgeschwindigkeiten millionenfach erhöhen, und als Strukturproteine (z. B. Kollagen im Bindegewebe, Keratin in Haut und Haaren). Transportproteine wie Hämoglobin befördern Sauerstoff; membranständige Proteine regulieren den Ionen- und Molekülverkehr. Signalproteine (Hormone, Rezeptoren) vermitteln zelluläre Kommunikation, und regulatorische Proteine (Transkriptionsfaktoren) steuern die Genexpression.

5. Bedeutung in Medizin und Biotechnologie

In der Diagnostik dienen Enzym- und Hormonspiegel als Marker für Krankheiten. Therapeutische Proteine umfassen monoklonale Antikörper, rekombinantes Insulin und Impfstoff-Antigene. Im Proteinengineering werden spezifische Enzyme für industrielle Prozesse entwickelt, etwa zur Verbesserung von Waschmitteln oder zur Herstellung von Biokraftstoffen.

6. Proteine in der Ernährung und im Alter

Proteine sind essenziell für den Erhalt und Aufbau von Muskelmasse – besonders im höheren Lebensalter, um der altersbedingten Muskelabbaukrankheit (Sarkopenie) vorzubeugen. Die empfohlene tägliche Proteinzufuhr variiert je nach Lebensabschnitt und Körpergewicht:

• Säuglinge (0–1 Jahr): ca. 1,5 g/kg
• Kinder und Jugendliche: ca. 0,9 g/kg
• Erwachsene: ca. 0,8 g/kg
• Ältere Erwachsene (ab 65 Jahren): 1,0–1,2 g/kg

Ein 70 kg schwerer älterer Mensch sollte demnach täglich etwa 70–84 g Protein zu sich nehmen.

7. Wichtige Proteinquellen

Tierische Quellen

• Fleisch (Rind, Geflügel, Schwein)
• Fisch und Meeresfrüchte
• Eier
• Milchprodukte (Quark, Joghurt, Käse)

Pflanzliche Quellen

• Hülsenfrüchte (Linsen, Bohnen, Erbsen)
• Sojaprodukte (Tofu, Tempeh)
• Nüsse und Samen (Mandeln, Chia, Leinsamen)
• Vollkorngetreide (Hafer, Quinoa, Buchweizen)

Durch Kombination unterschiedlichster Quellen lässt sich eine vollständige Versorgung mit allen essentiellen Aminosäuren sicherstellen.

8. Proteine und Wundheilung

Proteine sind entscheidend für die Wundheilung, da sie als Substrate für den Kollagenaufbau dienen, die Proliferation von Fibroblasten fördern und das Immunsystem unterstützen. Patienten mit akuten oder chronischen Wunden (z. B. Druckgeschwüre) benötigen eine erhöhte Proteinzufuhr von etwa 1,25–1,5 g/kg Körpergewicht pro Tag, um den gesteigerten Bedarf zu decken. Bei schweren Verbrennungen werden sogar 1,5–2,0 g/kg/Tag empfohlen.

Beispiel: Ein 70 kg schwerer Erwachsener mit chronischer Wunde sollte täglich etwa 88–105 g Protein aufnehmen – das sind rund 20–30 g mehr als die normale Empfehlung von 0,8 g/kg.