Funktion von Proteinen ist ein grundlegendes Thema der menschlichen Ernährung und Biologie, denn Proteine gehören zu den wichtigsten Bausteinen des Körpers. Sie sind an der Bildung und Erneuerung von Zellen und Geweben beteiligt und übernehmen darüber hinaus zahlreiche Aufgaben als Enzyme, Hormone, Transport- und Abwehrstoffe. Ohne Proteine könnten viele Stoffwechselprozesse, Signalwege und Reparaturmechanismen im Körper nicht funktionieren. Die Deutsche Gesellschaft für Ernährung (DGE) beschreibt Protein deshalb als wichtigen Lieferanten von Aminosäuren und Stickstoff für den Aufbau unter anderem von Zellen, Gewebe, Enzymen, Hormonen und Antikörpern.
Was sind Proteine?
Proteine, im Alltag häufig auch als Eiweiß bezeichnet, sind komplexe biologische Moleküle, die aus Aminosäuren aufgebaut sind. Insgesamt stehen dem menschlichen Organismus 20 verschiedene proteinogene Aminosäuren zur Verfügung, die in unterschiedlichen Reihenfolgen miteinander verbunden werden können. Die Reihenfolge der Aminosäuren bestimmt maßgeblich die dreidimensionale Struktur eines Proteins und damit auch seine jeweilige Funktion.
Ein Protein ist daher nicht einfach nur „Eiweiß“, sondern kann als hochspezialisiertes biologisches Werkzeug verstanden werden. Je nach Struktur kann es beispielsweise eine Muskelbewegung ermöglichen, eine chemische Reaktion beschleunigen, einen Stoff transportieren oder eine Immunreaktion unterstützen.
Zu den wichtigsten Aufgaben von Proteinen gehören:
- Aufbau und Erhalt von Zellen und Geweben
- Aufbau der Muskulatur
- Beschleunigung chemischer Reaktionen
- Transport und Speicherung verschiedener Stoffe
- Übertragung biologischer Signale
- Unterstützung des Immunsystems
- Beteiligung an der Blutgerinnung
- Beteiligung am Stoffwechsel
- Bereitstellung von Energie, wenn dies erforderlich ist
Aminosäuren als Grundlage der Proteinfunktion
Die Eigenschaften eines Proteins hängen eng mit seiner Aminosäurezusammensetzung zusammen. Einige Aminosäuren kann der Körper selbst herstellen, während andere über die Nahrung aufgenommen werden müssen. Diese sogenannten unentbehrlichen Aminosäuren sind besonders wichtig, weil der Körper sie nicht in ausreichender Menge selbst synthetisieren kann.
Bei der Verdauung werden Nahrungsproteine in kleinere Bestandteile und schließlich in Aminosäuren zerlegt. Diese gelangen in den Stoffwechsel und können anschließend für den Aufbau körpereigener Proteine verwendet werden.
| Begriff | Bedeutung |
|---|---|
| Protein | Komplexes Molekül aus miteinander verbundenen Aminosäuren |
| Aminosäure | Grundbaustein von Proteinen |
| Unentbehrliche Aminosäure | Muss über die Nahrung aufgenommen werden |
| Proteinsynthese | Aufbau neuer körpereigener Proteine |
| Proteinabbau | Zerlegung von Proteinen in kleinere Bestandteile |
| Proteinumsatz | Ständiger Auf- und Abbau von Proteinen im Körper |
Proteine als Baustoff für Muskeln, Haut und Gewebe
Eine der bekanntesten Funktionen von Proteinen ist ihre Rolle als Baustoff. Der Körper befindet sich ständig in einem Prozess des Aufbaus, der Erneuerung und des Abbaus von Zellen und Geweben. Dafür werden Aminosäuren benötigt.
Besonders deutlich wird diese Funktion bei der Muskulatur. Muskelproteine wie Aktin und Myosin sind entscheidend für die Kontraktion der Muskeln und damit für Bewegung. Auch Knochen und Bindegewebe enthalten wichtige Proteinstrukturen. Die DGE hebt hervor, dass Proteine unter anderem im Bau- und Strukturstoffwechsel von Muskeln, Knochen und Bindegewebe eine wichtige Rolle spielen.
Proteine sind außerdem Bestandteil verschiedener Gewebe wie:
- Muskeln
- Haut
- Bindegewebe
- Knochenstrukturen
- Innerer Organe
- Zellstrukturen
Eine ausreichende Versorgung mit Protein ist deshalb besonders während Wachstumsphasen und bei der Erneuerung von Gewebe relevant. Auch körperliche Belastung kann den Bedarf an Aminosäuren für Aufbau- und Reparaturprozesse beeinflussen.
Enzyme: Proteine als Beschleuniger chemischer Reaktionen
Eine weitere zentrale Funktion von Proteinen besteht in ihrer Rolle als Enzyme. Enzyme sind spezialisierte Proteine, die chemische Reaktionen im Organismus ermöglichen oder beschleunigen. Ohne enzymatische Reaktionen könnten zahlreiche Stoffwechselvorgänge nicht in der erforderlichen Geschwindigkeit ablaufen.
Enzyme sind beispielsweise an der Verdauung beteiligt. Sie helfen dabei, Bestandteile der Nahrung in kleinere Moleküle zu zerlegen, die der Körper anschließend aufnehmen und weiterverarbeiten kann.
Auch innerhalb der Zellen sind Enzyme unverzichtbar. Sie unterstützen unter anderem:
- den Energiestoffwechsel
- den Aufbau neuer Moleküle
- den Abbau von Nährstoffen
- die Verarbeitung von Stoffwechselprodukten
- verschiedene Reaktionen bei der Zellteilung und Zellfunktion
Die Funktion eines Enzyms hängt von seiner spezifischen räumlichen Struktur ab. Schon kleine Veränderungen dieser Struktur können beeinflussen, wie gut ein Enzym mit seinem jeweiligen Reaktionspartner interagiert.
Proteine als Transport- und Speicherstoffe
Proteine übernehmen auch wichtige Transportaufgaben. Bestimmte Proteine können Moleküle oder Ionen binden und sie innerhalb des Körpers oder innerhalb einzelner Zellen transportieren. Beispiele dafür sind Hämoglobin und Transferrin.
Hämoglobin ist ein besonders bekanntes Transportprotein. Es ist Bestandteil der roten Blutkörperchen und beteiligt sich am Transport von Sauerstoff. Andere Proteine können beispielsweise Eisen oder andere Moleküle binden und damit deren Transport beziehungsweise Speicherung ermöglichen.
Ein Beispiel für ein Speicherprotein ist Ferritin, das Eisen speichern kann. MedlinePlus führt Transport und Speicherung ausdrücklich als wichtige Proteinfunktionen auf.
| Proteinart | Hauptaufgabe | Beispiel |
|---|---|---|
| Transportprotein | Transport bestimmter Moleküle | Hämoglobin |
| Speicherprotein | Speicherung von Stoffen | Ferritin |
| Strukturprotein | Stabilität und Aufbau von Gewebe | Aktin |
| Enzym | Beschleunigung chemischer Reaktionen | verschiedene Verdauungsenzyme |
| Antikörper | Erkennung und Abwehr fremder Strukturen | Immunglobuline |
Proteine, Hormone und Zellkommunikation
Proteine können außerdem als Signal- und Botenstoffe wirken. Bestimmte Hormone bestehen aus Proteinen oder Peptiden und übertragen Informationen zwischen verschiedenen Zellen und Organen. Dadurch können biologische Prozesse koordiniert und reguliert werden.
Ein bekanntes Beispiel ist Insulin. Es handelt sich um ein Peptidhormon, das an der Regulation des Glukosestoffwechsels beteiligt ist. Proteine können darüber hinaus als Rezeptoren auf Zelloberflächen fungieren und Signale aus der Umgebung aufnehmen.
Diese Kommunikationsfunktion ist für den Organismus entscheidend, weil Zellen nicht isoliert arbeiten. Sie müssen Informationen darüber erhalten, wann bestimmte Prozesse aktiviert, verlangsamt oder beendet werden sollen.
Proteine und das Immunsystem
Auch das Immunsystem ist auf Proteine angewiesen. Antikörper, auch Immunglobuline genannt, gehören zu den wichtigsten proteinbasierten Bestandteilen der spezifischen Immunabwehr. Sie können bestimmte fremde Strukturen erkennen und an sie binden.
Darüber hinaus sind verschiedene weitere Proteine an der Regulation und Durchführung von Immunreaktionen beteiligt. Die DGE nennt Proteine beziehungsweise Aminosäuren ebenfalls als wichtige Bestandteile des Immunsystems.
Die Bedeutung lässt sich vereinfacht in drei Bereiche einteilen:
- Erkennung: Bestimmte Proteinstrukturen erkennen fremde Moleküle.
- Kommunikation: Signalproteine koordinieren Reaktionen zwischen Immunzellen.
- Abwehr: Antikörper und weitere Proteine tragen zur Beseitigung beziehungsweise Neutralisierung fremder Strukturen bei.
Proteine bei der Blutgerinnung
Proteine spielen auch bei der Blutgerinnung eine wichtige Rolle. Mehrere Gerinnungsfaktoren sind Proteine und wirken in einer komplexen Reaktionskette zusammen. Ziel dieses Systems ist es, Blutungen nach einer Verletzung zu begrenzen.
Damit zeigt sich erneut, dass Proteine nicht nur als strukturelle Bausteine dienen. Sie können gleichzeitig hochspezialisierte Reaktionen steuern und miteinander verbundene biologische Prozesse auslösen.
Proteine als Energiequelle
Obwohl Proteine in erster Linie als Baustoffe und funktionelle Moleküle benötigt werden, können sie auch Energie liefern. Werden Proteine beziehungsweise Aminosäuren zur Energiegewinnung genutzt, entstehen bei ihrem Abbau etwa 4 kcal beziehungsweise 17 kJ pro Gramm Protein.
Diese Funktion sollte jedoch nicht mit der Hauptaufgabe von Protein verwechselt werden. Der Körper benötigt Aminosäuren vor allem für Aufbau, Erneuerung und zahlreiche Stoffwechselprozesse. Protein ist daher nicht lediglich ein alternativer Energielieferant.
Tierische und pflanzliche Proteinquellen
Protein kann aus unterschiedlichen Lebensmitteln stammen. Zu den proteinreichen Lebensmitteln gehören beispielsweise Fleisch, Fisch, Milchprodukte und Eier. Auch pflanzliche Lebensmittel wie Sojabohnen, Linsen, Erbsen und verschiedene Getreideprodukte können relevante Proteinmengen liefern.
Bei pflanzlichen und tierischen Proteinquellen unterscheiden sich die Aminosäurezusammensetzung und teilweise auch die Verfügbarkeit der Aminosäuren. Durch eine abwechslungsreiche Kombination verschiedener pflanzlicher Lebensmittel kann die Aminosäureversorgung verbessert werden.
Beispiele für sinnvolle Lebensmittelgruppen sind:
- Hülsenfrüchte wie Linsen, Bohnen und Erbsen
- Sojaprodukte
- Milch und Milchprodukte
- Eier
- Fisch
- Fleisch
- Getreide und Getreideprodukte
- Nüsse und Samen
MedlinePlus weist ebenfalls darauf hin, dass sowohl tierische als auch pflanzliche Lebensmittel zur Proteinversorgung beitragen können und dass der Körper die notwendigen Aminosäuren nicht ausschließlich aus tierischen Lebensmitteln beziehen muss.
Proteinversorgung und Gesundheit
Die Bedeutung von Protein darf nicht auf Muskelaufbau reduziert werden. Proteine sind an einer Vielzahl von Prozessen beteiligt, weshalb eine ausreichende Versorgung für den Organismus grundsätzlich wichtig ist.
Die DGE nennt für Erwachsene zwischen 19 und 65 Jahren derzeit einen Referenzwert von 0,8 g Protein pro Kilogramm Körpergewicht und Tag; für Personen über 65 Jahre wird ein Wert von 1,0 g/kg Körpergewicht und Tag genannt.
Dabei unterscheiden sich die individuellen Bedürfnisse unter anderem abhängig von Alter, körperlicher Aktivität und Lebenssituation. Für sportlich sehr aktive Menschen können andere Betrachtungen gelten; die DGE beschreibt beispielsweise eine situations- und belastungsabhängige Proteinversorgung im Sport.
Wichtig ist außerdem, Protein nicht isoliert zu betrachten. Eine gesundheitsfördernde Ernährung beruht auf dem Zusammenspiel verschiedener Nährstoffe und einer abwechslungsreichen Auswahl an Lebensmitteln.
Die wichtigsten Funktionen von Proteinen im Überblick
| Funktion | Bedeutung für den Körper | Beispiele |
|---|---|---|
| Struktur | Aufbau und Stabilität von Zellen und Geweben | Aktin, Strukturproteine |
| Muskelarbeit | Ermöglicht Kontraktion und Bewegung | Aktin, Myosin |
| Enzymfunktion | Beschleunigt chemische Reaktionen | Verdauungsenzyme |
| Transport | Befördert Moleküle und Ionen | Hämoglobin, Transferrin |
| Speicherung | Speichert bestimmte Stoffe | Ferritin |
| Signalübertragung | Übermittelt biologische Informationen | Peptidhormone |
| Immunabwehr | Erkennt und bekämpft fremde Strukturen | Antikörper |
| Blutgerinnung | Unterstützt die Kontrolle von Blutungen | Gerinnungsproteine |
| Energieversorgung | Kann bei Bedarf Energie liefern | Aminosäuren |
Warum Proteine für den gesamten Organismus unverzichtbar sind
Die einzelnen Funktionen von Proteinen lassen sich nicht voneinander isolieren. Ein Protein kann beispielsweise gleichzeitig strukturelle Eigenschaften besitzen und an der Regulation eines biologischen Prozesses beteiligt sein. Die enorme Vielfalt entsteht dadurch, dass Aminosäuren in sehr unterschiedlichen Sequenzen angeordnet und zu spezifischen dreidimensionalen Strukturen gefaltet werden.
Deshalb erfüllen Proteine Aufgaben auf praktisch allen Ebenen des menschlichen Körpers:
- Auf Zellebene ermöglichen sie Stoffwechselreaktionen und Signalübertragung.
- Auf Gewebeebene sorgen sie für Struktur und Erneuerung.
- Auf Organebene unterstützen sie Transport, Regulation und Funktion.
- Auf Systemebene wirken sie beispielsweise im Immunsystem und bei der Blutgerinnung.
- Im gesamten Organismus tragen sie zur Aufrechterhaltung lebenswichtiger Prozesse bei.
Fazit
Die Funktion von Proteinen reicht weit über den bekannten Zusammenhang mit Muskelaufbau hinaus und umfasst den Aufbau von Gewebe, enzymatische Reaktionen, Transport, Speicherung, Signalübertragung, Immunabwehr und Blutgerinnung. Ihre zentrale Bedeutung ergibt sich daraus, dass Aminosäuren für die Herstellung zahlreicher körpereigener Proteine benötigt werden und Proteine nahezu alle Ebenen der biologischen Organisation beeinflussen. Eine ausreichende und abwechslungsreiche Proteinversorgung unterstützt deshalb die vielfältigen Aufgaben des Körpers, wobei die individuellen Bedürfnisse von verschiedenen Faktoren abhängen. Wer die Funktion von Proteinen verstehen möchte, sollte sie daher als vielseitige biologische Werkzeuge betrachten, die Struktur, Stoffwechsel, Kommunikation und Schutz des menschlichen Organismus miteinander verbinden.
