Proteine
Aufbau
Proteine sind aus Aminosäuren aufgebaut. Aminosäuren sind organischer Verbindungen. Als organische Verbindungen bezeichnet man Verbindungen aus Kohlenstoff mit anderen Elementen. Sie sind eine wichtige Grundlage lebender Organismen.
Aminosäuren setzen sich aus drei Anteilen zusammen, die aus verschiedenen Elementen bestehen.
- Einer Carboxygruppe (COOH) aus einem Kohlenstoff (C), zwei Sauerstoff (O) und einem Wasserstoff (H)
- Einer Aminogruppe (NH2) aus einem Stickstoff (N) und zwei Wasserstoff (H)
- Einem Rest, der die Aminosäure zu einer ganz bestimmen Aminosäure macht
Hängen mehr als 100 solcher Aminosäuren zusammen wird die Struktur als Protein bezeichnet. Aminosäuren aus denen Proteine aufgebaut sind nennt man proteinogenen Aminosäuren.
Abbildung 1: Aminosäure. Eine Aminosäure besteht aus einem asymmetrischen Kohlenstoffatom, an welches eine Amino-, eine Carboxygruppe, ein Wasserstoffatom und eine Seitenkette gebunden sind. Bei den 22 verschiedenen Aminosäuren unterscheiden sich die Seitenketten, auch Reste genannt.
Die Aminosäuren sind im Proteinsind miteinander verknüpft. Diese Verknüpfung nennt man Peptidbindungen.
Zwei Aminosäuren bilden ein Dipeptid, drei Aminosäuren ein Tripeptid und viele Aminosäuren ein Polypeptid. Die Bindung zwischen den Aminosäuren kann durch kochen mit Säuren oder Enzyme gespalten werde (Jeroch et al. 1993).
Hängen die Aminosäuren zusammen nennt man diese Abfolge der Aminosäuren die Primärstruktur.
Neben der Primärstruktur haben die Proteine eine besondere Raumstruktur (Sekundär- und Tertiärstruktur). Diese entsteht vor allem durch Bindungskräfte zwischen den Seitenketten der Aminosäuren. Wird die Raumstruktur zerstört bezeichnet man dies als Denatuierung. Eine solche Veränderung kann durch Hitze oder Säuren erreicht werden (Jeroch et al. 1993).
Neben reinen Eiweißen gibt es sogenannte Proteide, die mit einer Fremdkomponente verbunden sind. Man unterscheidet nach Jeroch et al. (1993):
- Lipoproteide: Komplexe aus Eiweiß und Fetten, vor allem als Bestandteile von Membranen der Zelle
- Glycoproteide: Bestehend aus Eiweiß und Kohlenhydraten
- Chromoproteide: Komplexe aus Eiweiß und Farbstoffen
- Nukleoproteide: Bestehend aus Eiweiß und Nukleinsäuren
Die Analyse des Rohproteins erfolgt über die Bestimmung des Gehalts an Stickstoff. Eiweiß enthält im Mittel etwa 16 % Stickstoff. Der Stickstoffanteil verschiedener Proteine liegt nach der DGE zwischen 15 % und 24 %. Aus der Bestimmung des Stickstoffgehaltes eines Futters wird in der Weender Analyse dann der Rohproteingehalt berechnet. Nach Lackenbauer entsprechen ca. 16 % Rohprotein einem Gehalt von 12 % verdaulichem Rohprotein (Wiesemüller & Leibetseder 1993).
Funktion und Aufgaben
Proteine sind wichtige Bausteine im Körper, die vielfältige Funktionen erfüllen. Sie verleihen den Zellen Struktur, transportieren, katalysieren chemische Reaktionen und erkennen Signalstoffe.
Stuktur
Protein spielen eine wichtige Rolle beim Zellaufbau und bei der Bewegung.
- Kollagene sind Strukturproteine der Haut, des Bindegewebes und der Knochen. Sie bestimmen den Aufbau der Zelle und damit die Beschaffenheit des Gewebes und des gesamten Körpers
- Kontraktile Protein, Myosine und Aktine, ermöglichen Bewegung der Zellen und die Muskelkontraktion
- Keratine sind Faserproteine, die für Strukturen wie Haare und Nägel verantwortlich sind
Schutz
Proteine sind ein wichtiger Bestandteil der körpereigenen Abwehr und Reperatur von Schäden im Körper.
- Mucine sind strukturgebende Bestandteil im Schleim und daher eine wichtiger Bestandteil der Barrierefunktion der Schleimhäute
- Antikörper neutralisieren Antigene, markieren Erreger und aktivieren weitere Bestandteile des Immunsystems
- Fibrinogen und Thrombin spielen eine wichtige Rolle bei der Blutgerinnung
Regulatorische Funktionen, Transport
Neben ihrer Funktion im Zellaufbau und dem Abwehrsystem übernehmen Proteine vielfältige regulatorische und Transportfunktionen
- Enzyme katalysieren diverse Reaktionen, das heißt sie ermöglichen und kontrollieren diese chemischen Reaktionen im Organismus
- Ionenkanäle übernehmen homöostatische Funktionen, sind für das osmotische Gleichgewicht zuständig und bestimmen die Erregbarkeit von Nerven und Muskeln
- Als Hormone steuern sie verschiedene Vorgänge im Organismus
- Rezeptoren erkennen und binden verschiedene Substanzen und Signalstoffe
- Transport-Proteine wie Beispielsweise Hämoglobin und das Myoglobin übernehmen wichtige Transportfunktionen körperwichtiger Substanzen
Reserve
Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Funktion von Proteinen als Energiereserve. Im Hungerzustand können sie zur Energiegewinnung genutzt werden.
Im Gegensatz zu Pflanzen verfügen Tiere allerdings über keine eigentlichen Reserveproteine. Samen von Pflanzen hingegen verfügen über derartige Proteine. Deren physiologische Aufgabe ist es, eine Stickstoffreserve im ruhenden Samen zu bilden, die dann bei der Keimung zur Synthese notwendiger Proteine wie Enzymen genutzt werden kann (Ebermann und Elmadfa 2008).
Bedeutung in der Tierernährung
Einige Aminosäuren werden vom Körper selbst hergestellt, andere müssen mit der Nahrung aufgenommen werden. Aminosäuren, die mit der Nahrung aufgenommen werden müssen, werden essentielle Aminosäuren genannt. Semiessentielle Aminosäuren sind Aminosäuren die ausgehend von essentiellen Aminosäuren hergestellt werden, aber in bestimmten Situtationen (z.B. Erkrankung, Trächtigkeit) zu essentiellen Aminosäuren werden.
| Essentielle Aminosäuren | Semiessentielle Aminosäuren |
|---|---|
| Lysin Methionin Tryptophan Threonin Phenylalanin Histidin Isoleucin Leucin Valin | Arginin Cystin Tyrosin |
Tabelle 1: Essentielle Aminosäuren bei Kaninchen. Jede Tierart stellt hierbei andere Ansprüche
Besonders wichtige Aminosäuren werden als erstlimitierend bezeichnet. Z.B. bei Kaninchen sind dies insbesondere Methionin + Cystin, Lysin und Arginin (Wiesemüller & Leibetseder 1993).
Je vollständiger die essentiellen Aminosäuren in der Futterration enthalten sind, desto höher ist seine biologische Wertigkeit. Das Fehlen nur einer dieser Aminosäure kann die Herstellung von körpereigenen Proteinen begrenzen und ihre Verwendungsfähigkeit mindern.
Abbildung 2: Das Liebigsches Fass. Das „Minimum-Gesetz“ nach Justus von Liebig – die Flüssigkeit in einem Fass kann nur so hoch steigen, wie die kürzeste Daube hoch ist. Genauso schränkt die knappste Ressource das Wachstum ein.
Urheber: DooFi ;public domain.; Orginaldatei (Stand Oktober 2023)
Proteine können entweder durch körpereigene Enzyme oder durch Mikroorganismen abgebaut werden. Nicht das gesamte aufgenommene Rohprotein kann verdaut werden, man spricht daher zusätzlich von verdaulichem Rohprotein.
Quellen
Ebermann R., Elmadfa I.: Lehrbuch Lebensmittelchemie und Ernährung. Springer Verlag, 2008; S.530; ISBN 978-3-211-48649-8
Jeroch, H.; Flachowsky, G.; Weißbach, F. (1993): Futtermittelkunde. Jena, Stuttgart: G. Fischer. ISBN 3- 334-00384-1
Wiesemüller, W. & Leibetseder, J. (1993): Ernährung monogastrischer Nutztiere. Jena, Stuttgart: G. Fischer. ISBN 3-334-60428-4