Proteine sind komplexe Gebilde und werden vielfältig verstoffwechselt. Mehr dazu erfährst du hier.
Was sind Proteine?
Proteine gehören, neben Kohlenhydraten und Fetten, zu den Makronährstoffen. Im Gegensatz zu Mikronährstoffen (Mineralstoffe und Vitamine) liefern Makronährstoffe dem Körper Energie in Form von Kalorien. Proteine liefern dem Körper pro Gramm etwa vier Kilokalorien, wie auch Kohlenhydrate. Bei Fetten sind es dagegen etwa neun Kilokalorien pro Gramm. Makronährstoffe benötigen wir im Vergleich zu Mikronährstoffen in großen Mengen (“Makro” = groß). Sie sind die “Kraftstoffe” unseres Körpers. Während Kohlenhydrate und Fette primär der Energiebereitstellung und -speicherung dienen, werden Proteine bzw. Aminosäuren vor allem als Baustoffe genutzt.1
Proteine bestehen aus mindestens 100 aneinandergekettete Aminosäuren. Aminosäureketten mit zehn bis 100 Aminosäuren nennt man Polypeptide. Man kann sich ein Proteine bzw. ein Polypeptid wie eine Perlenkette vorstellen, bei die Perlen die Aminosäuren und der Draht die Peptidbindungen darstellen.
Insgesamt benötigt der Körper 20 verschiedene Aminosäuren, um Proteine zu bilden. Von diesen sind jedoch nur 8 essentiell. Essentiell bedeutet, dass sie über die Nahrung zugeführt werden müssen, weil sie nicht vom Körper selbst hergestellt werden können. Dazu gehören
- Lysin
- Methionin
- Leucin
- Isoleucin
- Tryptophan
- Threonin
- Phenylalanin
- Valin
Glucogene und ketogene Aminosäuren
Glucogene Aminosäuren (14 Aminosäuren) können für die Neusynthese von Glukose (Gluconeogenese) in der Leber und den Nieren genutzt werden, welche anschließend der Energiegewinnung dient. Die Energiegewinnung (Freisetzung von ATP) findet in den Mitochondrien der Zellen statt, welche daher auch als “Kraftwerke der Zelle” bezeichnet werden. Da das Gehirn, das Nebennierenmark und die Erythrozyten (rote Blutkörperchen) auf Glukose angewiesen sind, findet der Körper Wege, wie er Glukose bei mangelnder Zufuhr über die Nahrung selbst herstellen kann (Gluconeogenese).
Ketogene Aminosäuren (Leucin und Lysin) können in der Leber in Ketonkörper umgewandelt werden, welche neben Glukose und Laktat die einzige Energiequelle fürs Gehirn darstellen. Laktate sind Salze der Milchsäure, welche beim Abbau von Glukose (Glykolyse) unter anaeroben Bedingungen (Sauerstoffmangel), wie bei intensiven Trainingseinheiten, entstehen.
Die Aminosäuren Phenylalanin, Isoleucin, Tryptophan und Tyrosin sind sowohl glucogen als auch ketogen.2
Strukturebenen der Proteine
In der Natur kommen Proteine nicht als lineare Aminosäureketten vor, sondern weisen eine gefaltete dreidimensionale Strukur (Tertiärstruktur/ Konformation) auf.
Man unterscheidet bei Proteinen vier Strukturebenen. Die Reihenfolge der Aminosäuren (Aminosäuresequenz) ist die Primärstruktur, die Biegung zu einer Helix (wie die DNA) oder die Faltung in ein Faltblatt (hin- und hergefaltet) ist die Sekundärstruktur und die weitere Biegung und Faltung zu einer räumlichen Struktur (zu einem “Knäuel”) ist die Tertiärstruktur. Der Zusammenschluss von mehreren Polypeptidketten (Aminosäureketten mit 10 bis 99 Aminosäuren) mit Tertiärstruktur ist die Quartärstruktur.
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In der Natur kommen Proteine nicht als lineare Aminosäureketten vor, sondern weisen eine gefaltete dreidimensionale Strukur (Tertiärstruktur/ Konformation) auf.
Man unterscheidet bei Proteinen vier Strukturebenen. Die Reihenfolge der Aminosäuren (Aminosäuresequenz) ist die Primärstruktur, die Biegung zu einer Helix (wie die DNA) oder die Faltung in ein Faltblatt (hin- und hergefaltet) ist die Sekundärstruktur und die weitere Biegung und Faltung zu einer räumlichen Struktur (zu einem “Knäuel”) ist die Tertiärstruktur. Der Zusammenschluss von mehreren Polypeptidketten (Aminosäureketten mit 10 bis 99 Aminosäuren) mit Tertiärstruktur ist die Quartärstruktur.
Glykoproteine und Lipoproteine
Proteine können auch mit den anderen beiden Makronährstoffen verknüpft sein.
Glykoproteine sind mit Kohlenhydraten verknüpft. In dieser Form sind sie Bestandteile von Zellmembranen, Enzymen und anderen biologischen Strukturen wie der Haut. Als Bestandteile der Zellmembran dienen sie beispielsweise der Stabilität und dem Transport von Stoffen. Zudem sind sie essentiell für Glykoproteinhormone wie LH, FSH und TSH.3
Lipoproteine sind Komplexe aus Proteinen und Lipiden (Fette und fettähnliche Substanzen) wie Cholesterin. Auch die fettlöslichen Vitamine Vitamin E, D, K und A zählen zu den Lipiden. Die Komplexbildung dient dem Transport der wassermeidenden Lipide durch wässrige Körperflüssigkeiten wie Blut und Lymphe.
Proteinverdauung
Nach dem Kauen und Schlucken von proteinhaltiger Nahrung, gelangt der Speisebrei über die Speiseröhre in den Magen. Dort werden die Proteine von der Magensäure denaturiert (die Tertiärstruktur wird aufgebrochen). Anschließend werden sie mit Hilfe des proteinspaltenden Enzyms Pepsin teilweise zerlegt. Proteinspaltende Enzyme (Proteasen/Peptidasen) spalten die Peptidbindungen zwischen den Aminosäuren. Man unterscheidet in Endo- und Exopeptidasen. Endopeptidasen spalten Peptidbindungen innerhalb der Polypeptidkette und Exopeptidasen an den Enden. Pepsin gehört zu den Endopeptidasen.
Der Dünndarm ist der Hauptort der Proteinverdauung. Dort werden die Polypeptidketten durch weitere Proteasen in freie Aminosäuren aufgespalten. Über die Dünndarmschleimhaut werden die Aminosäuren ins Blut aufgenommen.
Nach der Resorption (Aufnahme) nutzt der Körper die Aminosäuren primär als Baustoffe für Gewebe (vor allem Muskelgewebe), Neurotransmitter, Hormone und Enzyme. Im Hungerstoffwechsel oder bei intensiven körperlichen Belastungen können Aminosäuren auch zur Energiegewinnung herangezogen werden.
Nach dem Kauen und Schlucken von proteinhaltiger Nahrung, gelangt der Speisebrei über die Speiseröhre in den Magen. Dort werden die Proteine von der Magensäure denaturiert (die Tertiärstruktur wird aufgebrochen). Anschließend werden sie mit Hilfe des proteinspaltenden Enzyms Pepsin teilweise zerlegt. Proteinspaltende Enzyme (Proteasen/Peptidasen) spalten die Peptidbindungen zwischen den Aminosäuren. Man unterscheidet in Endo- und Exopeptidasen. Endopeptidasen spalten Peptidbindungen innerhalb der Polypeptidkette und Exopeptidasen an den Enden. Pepsin gehört zu den Endopeptidasen.
Der Dünndarm ist der Hauptort der Proteinverdauung. Dort werden die Polypeptidketten durch weitere Proteasen in freie Aminosäuren aufgespalten. Über die Dünndarmschleimhaut werden die Aminosäuren ins Blut aufgenommen.
Nach der Resorption (Aufnahme) nutzt der Körper die Aminosäuren primär als Baustoffe für Gewebe (vor allem Muskelgewebe), Neurotransmitter, Hormone und Enzyme. Im Hungerstoffwechsel oder bei intensiven körperlichen Belastungen können Aminosäuren auch zur Energiegewinnung herangezogen werden.
Proteinbiosynthese
Die Neusynthese (Neubildung) von körpereigenen Proteinen nennt man Proteinbiosynthese. Sie findet and den Ribosomen (Zellorganellen) in den Körperzellen statt. Der Bauplan der Proteine befindet sich in der DNA, also im Zellkern der Zellen.
Der Aufbau der Proteine wird durch die Transkription und die Translation in den Zellen bestimmt: Zuerst wird der benötigte Abschnitt auf der DNA kopiert und in die mRNA (messenger RNA/Boten-RNA) umgeschrieben (Transkription). Daraufhin wird die mRNA zu den Ribosomen transportiert. An den Ribosomen wird die mRNA gelesen und in die Aminosäuresequenz der Proteine übersetzt (Translation). Hierbei werden die passenden Aminosäuren von der tRNA (transfer RNA) angeliefert und nach Bauplan zusammengesetzt. Es entsteht eine lange Aminosäurenkette (Polypeptidkette). Letztlich werden die Proteine dreidimensional gefaltet (Tertiärstruktur), sodass funktionsfähige Proteine entstehen.
Die Neusynthese (Neubildung) von körpereigenen Proteinen nennt man Proteinbiosynthese. Sie findet and den Ribosomen (Zellorganellen) in den Körperzellen statt. Der Bauplan der Proteine befindet sich in der DNA, also im Zellkern der Zellen.
Der Aufbau der Proteine wird durch die Transkription und die Translation in den Zellen bestimmt: Zuerst wird der benötigte Abschnitt auf der DNA kopiert und in die mRNA (messenger RNA/Boten-RNA) umgeschrieben (Transkription). Daraufhin wird die mRNA zu den Ribosomen transportiert. An den Ribosomen wird die mRNA gelesen und in die Aminosäuresequenz der Proteine übersetzt (Translation). Hierbei werden die passenden Aminosäuren von der tRNA (transfer RNA) angeliefert und nach Bauplan zusammengesetzt. Es entsteht eine lange Aminosäurenkette (Polypeptidkette). Letztlich werden die Proteine dreidimensional gefaltet (Tertiärstruktur), sodass funktionsfähige Proteine entstehen.
Wofür der Körper Aminosäuren und Proteine genau verwendet, kannst du hier nachlesen:
Was passiert, wenn man zu viel Protein zu sich nimmt?
Überschüssige Glukose wird in Form von Glykogen in den Muskeln und der Leber gespeichert. Überschüssige Fette werden in Form von Triglyceriden im Fettgewebe gespeichert. Für Proteine besitzt der Körper jedoch keine Speicherform. Daher ist eine regelmäßige und ausreichende Zufuhr über die Nahrung essentiell. Doch was passiert, wenn man zu viel Protein zu sich nimmt?
Überschüssige Aminosäuren werden in Fette oder Glukose für die Energiegewinnung bzw. -speicherung umgewandelt oder abgebaut und ausgeschieden.
Beim Abbau von Aminosäuren entsteht Ammoniak (NH₃). Da Ammoniak toxisch ist, wird es unverzüglich in Harnstoff umgewandelt und über die Nieren (mit dem Urin) ausgeschieden. Bei der schrittweisen Umwandlung entstehen auch nützliche Zwischenprodukte, wie die stickstoffhaltige Aminosäure Arginin. Jedoch können bei dauerhaft extremer Proteinzufuhr die Nieren belastet werden.
Die Neusynthese (Neubildung) von körpereigenen Proteinen nennt man Proteinbiosynthese. Sie findet and den Ribosomen (Zellorganellen) in den Körperzellen statt. Der Bauplan der Proteine befindet sich in der DNA, also im Zellkern der Zellen.
Der Aufbau der Proteine wird durch die Transkription und die Translation in den Zellen bestimmt: Zuerst wird der benötigte Abschnitt auf der DNA kopiert und in die mRNA (messenger RNA/Boten-RNA) umgeschrieben (Transkription). Daraufhin wird die mRNA zu den Ribosomen transportiert. An den Ribosomen wird die mRNA gelesen und in die Aminosäuresequenz der Proteine übersetzt (Translation). Hierbei werden die passenden Aminosäuren von der tRNA (transfer RNA) angeliefert und nach Bauplan zusammengesetzt. Es entsteht eine lange Aminosäurenkette (Polypeptidkette). Letztlich werden die Proteine dreidimensional gefaltet (Tertiärstruktur), sodass funktionsfähige Proteine entstehen.
Quellen
1Yokohama University of Pharmacy (2017)”21 – Amino Acids and Energy Metabolism: An Overview”, URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/B9780128054130000211 (13.05.2025)
2Textbook of Veterinary Physiological Chemistry, Third Edition (2025) “Glucogenic Amino Acid”, URL: https://www.sciencedirect.com/topics/neuroscience/glucogenic-amino-acid (13.05.2025)
3J Ryan et al. (1988) “The glycoprotein hormones: recent studies of structure-function relationships”, URL: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/2456242/(13.05.2025)
