Protein ist von protos (altgriechisch) abgeleitet: Das Erste, das Wichtigste. Der Begriff Eiweiß stammt aus Zeiten, in denen Wissenschaftler annahmen, Proteine wären alle wie das Eiklar des Eies aufgebaut. Proteine (Eiweiße) sind die wichtigsten Bausteine des Lebens.
Proteine sind die wichtigsten Baustoffe aller Zellen und Gewebe, sowohl der pflanzlichen als auch der tierischen und menschlichen. In der DNA und RNA sind die Bauanleitungen der Proteine kodiert. Proteine werden benötigt für den Zellaufbau, die Zellreparatur, zur Zellabwehr und für die Entsorgung der Abfallstoffe. Keratin wird z.B. für das Nagel- und Haarwachstum benötigt, Kollagene für die Haut, Myosin und Actin für die Muskeln. Der menschliche Körper besteht etwa zu 17% aus Proteinen. Zur Energieversorgung sind Proteine aber nur bedingt geeignet, auf sie greift der Körper nur im Notfall zurück, etwa bei Diäten, da sie die Bausubstanz des Körpers darstellen, der Muskulatur, der Organe und der Zellen.
Die Gesamtheit der Proteine in einem Lebewesen, einem Gewebe oder einer Zelle nennt sich Proteom. Mit Hilfe eines Massenspektrometers kann das Proteom entschlüsselt werden. Laut Max-Planck-Gesellschaft konnten Wissenschaftler z.B. 13.000 verschiedene Proteine im Mausgehirn feststellen. Diese halten die Forschenden in einem Gehirnatlas fest.
Fast alle Enzyme und einige Hormone sind ebenfalls Proteine.
Proteine bestehen aus Kohlenstoff (C), Wasserstoff (H), Sauerstoff (O) und Stickstoff (N), manchmal enthalten sie auch Schwefel (S).
Proteine bestehen aus Aminosäuren
Die Bausteine (Monomere) der Proteine sind die Aminosäuren. Erst wenn mehr als 50 Aminosäuren per Peptidbindung (durch die Abspaltung eines Wasserstoffatoms) aneinandergekoppelt sind, sprechen die Fachleute von Proteinen. 10 der 20 verschiedenen Aminosäuren sind für den Menschen essenziell. Sie besitzen alle den gleichen Strukturaufbau und unterscheiden sich nur in ihren Seitenarmen (R). Manchmal wird die Aminogruppe auch mit H3N angegeben, da die Carboxylgruppe (-COOH) leicht ein positiv geladenes Wasserstoffatom (H+) abgibt. Manchmal schließt sich die Aminogruppe durch Ringschluss zusammen, sie wird so zur Iminogruppe. Diese Iminosäuren werden jedoch gemeinsam mit den Aminosäuren aufgeführt, da sie in Proteinen häufig vorkommen. Manche Aminosäuren sind nicht proteinogen, sie kommen nur in Strukturproteinen wie dem Kollagen oder im Harnstoffwechsel vor.
Essenzielle Aminosäuren
Von den 20 proteinogenen Aminosäuren sind 10 essenziell und müssen Tieren und Menschen mit der Nahrung zugeführt werden. Zwei dieser Aminosäuren sind nur im Säuglingsalter essentiell, nämlich Arginin und Histidin. Arginin wird benötigt, um ausreichend Stickstoffmonoxid zu bilden, das notwendig ist für die Weitung der Blutgefäße und Senkung des Blutdrucks. Histidin wird für Stoffwechselvorgänge im Körper benötigt und kommt in Mastzellen (z.B. weiße Blutkörperchen) und in Zellen der Magenschleimhaut vor. Es beeinflusst dort die Immunabwehr und kontrolliert die Magensäure und die Magenbewegungen.
Weitere essenzielle Aminosäuren sind Isoleucin, Leucin, Lysin, Methionin, Phenylalanin, Threonin, Tryptophan und Valin. Tryptophan ist die Vorstufe des Serotonins im Gehirn, das Einfluss auf die Stimmung und den Schlaf-Wach-Rhythmus nimmt. Studien, die belegen, dass Tryptophan einen Einfluss auf Depressionen haben könnte, fehlen leider. Antidepressiva bestehen aber heute häufig aus Serotonin-Wiederaufnahmehemmern, die die Produktion von Serotonin im Gehirn erhöhen. Viel Tryptophan enthalten z.B. Huhn, Thunfisch, Sojabohnen, Haferflocken, Cashewkerne, Erdnüsse, Edamer, Linsen und Eier.
Die 20 wichtigen Aminosäuren werden nach den chemischen Eigenschaften der Seitenkette R gruppiert und richten sich an deren Polarität aus, von unpolar, also Wasser abstoßend, bis stark polar, also wasserlöslich.
Proteine (Eiweiße) in der Nahrung
Essenzielle Aminosäuren
Die Proteine (Eiweiße) sind wie die Kohlenhydrate und Fette Makronährstoffe und Bestandteil der täglichen Nahrung. Um die lebenserhaltenden Funktionen des Körpers aufrecht zu erhalten, wie die Auf-, Um-, Abbau- und Immunfunktionen der Zellen, der Gewebe und der inneren Organe, benötigt der Körper Proteine aus Nahrungsquellen.
Typische Proteinlieferanten sind Fleisch und Tierprodukte. Veganer können hier auf Hülsenfrüchte zurückgreifen, die ebenfalls ausreichend Eiweiß enthalten. Die essenziellen Aminosäuren kann der Körper ohne Zufuhr über Nahrungsmittel nicht selbst herstellen. Große Mengen sind hierfür aber in der Regel nicht notwendig.
Nach neueren Forschungen sind sogar fehlgeleitete Proteine im Gehirn für Ablagerungen und daraus resultierender Demenz verantwortlich. Die genauen Zusammenhänge müssen aber noch untersucht werden. Durch den Eiweißmangel der Bevölkerung nach dem Zweiten Weltkrieg, wurde in Folge zu einer erhöhten Eiweißzufuhr geraten, auch heute essen viele durch diese Konditionierung noch zu viel Fleisch und Milchprodukte. Die Empfehlungen bewegen sich heute bei 1-2x Fleisch und Fisch in der Woche und einem Milchprodukt pro Tag.
Nahrungsmittelproteine können im Körper kaum gespeichert werden. Einen Teil der abgebauten Proteine kann der Körper für den Neuaufbau wieder verwenden. Der Proteinumsatz ist je nach Körpergewebe sehr unterschiedlich, so haben Muskelproteine eine Halbwertszeit von 200 Tagen, während die in der Leber gespeicherten Proteine nur eine Halbwertszeit von 10 Tagen haben.
Die Leber ist zuständig für die Stickstoffbilanz im Körper und sorgt für die gleichmäßige Proteinverteilung in den Organen. Kommt ein Proteinüberschuss in der Leber an, so wird nur ein kleiner Teil für die Neubildung von Proteinen verwendet, der größte Teil wird zu Harnstoff umgewandelt und wieder ausgeschieden.