Proteine - chemisches Verhalten und Vorkommen

Neben den Elementen Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff und Sauerstoff enthalten Proteine fast immer auch Schwefel, manche zusätzlich noch Phosphor, Eisen, Zink oder Kupfer.

Der Nachweis von Stickstoff und Schwefel

Der Stickstoffgehalt von Proteinen kann wie in Versuch 2 beschrieben nachgewiesen werden. Die Schwarzfärbung einer alkalischen Bleiacetat-Lösung mit Eiweiß beruht auf der Bildung von Bleisulfid (Versuch 3). Proteine bilden äußerst komplexe räumliche Strukturen, dabei spielen häufig Schwefelatome eine wichtige Rolle als Bindeglieder. Solche »Schwefelbrücken« formen und stabilisieren die dreidimensionale Proteinstruktur(Tertiärstruktur) durch die Bildung von Schlaufen innerhalb der Aminosäureketten oder verknüpfen mehrere Aminosäureketten zu einem funktionstüchtigen Protein. Das Element Phosphor ist nach dem Schwefel ebenfalls sehr häufig in Proteinen anzutreffen, besonders in den Zellkernen.

Allgemeine Eigenschaften von Proteinen

Wird eine Eiweißlösung erhitzt, so gerinnen die darin enthaltenen Proteine. Dieser irreversible (nicht umkehrbare) Vorgang wird Koagulation genannt, der die Zerstörung der komplizierten Struktur des Proteinkörpers zur Folge hat.

Hämoglobin (ein Protein in den roten Blutkörperchen) koaguliert schon bei 42°C, Hühnereiweiß bei 60°C und Kasein (ein Proteinanteil der Milch) erst bei ca. 100 °C. Auch unter Einwirkung von Alkoholen, Säuren und Salzen von Schwermetallen koagulieren Proteine, daher wirken solche Verbindungen toxisch auf Organismen.

Erkennung von Proteinen

Erwärmt man Proteine mit konz. Salpetersäure, tritt eine deutliche Gelbfärbung auf. Dieser Vorgang ist als Xanthoproteinreaktion (xanthos = gelb) eine Nachweisreaktion für Proteine. Eine weitere wichtige Reaktion zum Nachweis von Proteinen ist die Biuretreaktion.

Dabei reagiert eine alkalische Proteinlösung mit Kupfersulfat unter Auftreten einer rotvioletten Färbung.

Verbreitung und Bedeutung von Proteinen

Proteine sind die stoffliche Grundlage des Lebens. Sie sind die wesentlichen Bestandteile der Zellen aller Lebewesen. Im menschlichen Körper kommen einige tausend verschiedene Proteine vor - insgesamt sind über 50.000 bekannt. Zieht man das Wasser ab, besteht mehr als die Hälfte der Masse des Menschen aus Proteinen. Im Blut befinden sich viele wichtige Proteine, ebenso in Enzymen (Kapitel 117). Auch in vielen Körperteilen sind Proteine enthalten, vor allem Muskeln sind sehr proteinreich. Der Name Protein bedeutet soviel wie »das Erste«, »das Ursprüngliche«.

Die Grundlage einer gesunden Ernährung bilden ebenfalls Proteine. Fehlen sie in der Nahrung, kommt es zu lebensgefährlichen Mangelerscheinungen. Im Gegensatz zu Fetten und Kohlenhydraten können Proteine nämlich nicht durch andere Nährstoffe ersetzt werden. Den Empfehlungen der Deutschen Gesellschaft für Ernährung zufolge sollten Erwachsene täglich etwa 0,8 Gramm Protein pro Kilogramm Körpergewicht mit der Nahrung zu sich nehmen. Bei Kindern und Jugendlichen ist der Bedarf mit 0,9 Gramm pro Kilogramm Körpergewicht um 12,5 % erhöht, bei schwangeren und stillenden Frauen ist der Bedarf um ca. 20 bis 30 Prozent erhöht. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Proteine aus den verschiedenartigen Nahrungsmitteln nicht gleichwertig sind. Es enthält nämlich nicht jeder proteinhaltige Stoff alle essenziellen Aminosäuren. So müssen Isoleucin, Leucin, Lysin, Methionin, Phenylalanin, Threonin, Tryptophan und Valin über die Nahrung zugeführt werden.

Neben der Bedeutung als Grundstoff für die Zelle kommt einigen Proteinen eine lebenswichtige Schutzfunktion zu: Sie entstehen, wenn bestimmte Stoffe (z. B. Gifte, artfremde Proteine) in den Blutkreislauf gelangen. Diese »Antikörper« stehen im Dienste des Immunsystems und verbinden sich mit den gefahrlichen Stoffen zu unschädlichen Substanzen. Sie werden von bestimmten weißen Blutzellen, den B-Lymphozyten produziert.