Protein

Proteine sind große Biomoleküle und Makromoleküle, die aus einer oder mehreren langen Ketten von Aminosäureresten bestehen. Proteine erfüllen in Organismen eine Vielzahl von Funktionen, darunter die Katalyse von Stoffwechselreaktionen, die DNA-Replikation, die Reaktion auf Reize, die Strukturierung von Zellen und Organismen und der Transport von Molekülen von einem Ort zum anderen. Proteine unterscheiden sich in erster Linie durch ihre Aminosäuresequenz, die durch die Nukleotidsequenz ihrer Gene bestimmt wird und in der Regel zur Faltung des Proteins zu einer spezifischen 3D-Struktur führt, die seine Aktivität bestimmt.

Eine lineare Kette von Aminosäureresten wird als Polypeptid bezeichnet. Ein Protein enthält mindestens ein langes Polypeptid. Kurze Polypeptide, die weniger als 20-30 Reste enthalten, werden nur selten als Proteine angesehen und gemeinhin als Peptide bezeichnet. Die einzelnen Aminosäurereste sind durch Peptidbindungen und benachbarte Aminosäurereste miteinander verbunden. Die Abfolge der Aminosäurereste in einem Protein wird durch die Sequenz eines Gens festgelegt, die im genetischen Code kodiert ist. Im Allgemeinen legt der genetische Code 20 Standardaminosäuren fest; bei bestimmten Organismen kann der genetische Code jedoch auch Selenocystein und - bei bestimmten Archaeen- Pyrrolysin enthalten. Kurz nach oder sogar während der Synthese werden die Reste eines Proteins häufig durch posttranslationale Modifikation chemisch verändert, wodurch sich die physikalischen und chemischen Eigenschaften, die Faltung, die Stabilität, die Aktivität und schließlich die Funktion der Proteine ändern. An einige Proteine sind Nicht-Peptidgruppen angehängt, die als prosthetische Gruppen oder Kofaktoren bezeichnet werden können. Proteine können auch zusammenarbeiten, um eine bestimmte Funktion zu erfüllen, und sie schließen sich oft zu stabilen Proteinkomplexen zusammen.

Einmal gebildet, existieren Proteine nur für eine bestimmte Zeit und werden dann von der Zellmaschinerie durch den Prozess des Proteinumsatzes abgebaut und recycelt. Die Lebensdauer eines Proteins wird in Form seiner Halbwertszeit gemessen und umfasst eine große Bandbreite. Sie kann Minuten oder Jahre betragen, wobei die durchschnittliche Lebensdauer in Säugetierzellen bei 1-2 Tagen liegt. Abnormale oder falsch gefaltete Proteine werden schneller abgebaut, entweder weil sie gezielt zerstört werden sollen oder weil sie instabil sind.

Wie andere biologische Makromoleküle, z. B. Polysaccharide und Nukleinsäuren, sind Proteine wesentliche Bestandteile von Organismen und an praktisch allen Prozessen in Zellen beteiligt. Viele Proteine sind Enzyme, die biochemische Reaktionen katalysieren und für den Stoffwechsel unerlässlich sind. Proteine haben auch strukturelle oder mechanische Funktionen, wie z. B. Aktin und Myosin im Muskel und die Proteine des Zytoskeletts, die ein Gerüstsystem bilden, das die Zellform aufrechterhält. Andere Proteine sind wichtig für die Zellsignalisierung, Immunreaktionen, Zelladhäsion und den Zellzyklus. Bei Tieren werden Proteine in der Ernährung benötigt, um die essenziellen Aminosäuren zu liefern, die nicht synthetisiert werden können. Durch die Verdauung werden die Proteine für den Stoffwechsel aufgespalten.