Proteine sind essentielle Makromoleküle, die eine entscheidende Rolle in den biologischen Prozessen lebender Organismen spielen. Sie sind an fast jeder zellulären Funktion beteiligt, wirken als Enzyme zur Erleichterung biochemischer Reaktionen, bieten Struktur durch Kollagen in Geweben und erleichtern den Transport über Hämoglobin im Blut. Im Herzen der Proteine befinden sich ihre Bausteine, die als Aminosäuren bezeichnet werden.
Aminosäuren sind organische Verbindungen, die sowohl eine Aminogruppe (-NH₂) als auch eine Carboxylgruppe (-COOH) enthalten. Sie sind durch Peptidbindungen miteinander verbunden und bilden lange kettenartige Strukturen, die als Polypeptide bekannt sind. Es gibt 20 verschiedene Standardaminosäuren, die in verschiedenen Sequenzen kombiniert werden, um Proteine zu bilden. Die spezifische Sequenz der Aminosäuren bestimmt die einzigartige Struktur und Funktion jedes Proteins.
Die 20 Aminosäuren können in zwei Gruppen unterteilt werden: essentielle und nicht essentielle Aminosäuren. Essentielle Aminosäuren können vom menschlichen Körper nicht synthetisiert werden und müssen durch die Ernährung aufgenommen werden. Dazu gehören Histidin, Isoleucin, Leucin, Lysin, Methionin, Phenylalanin, Threonin, Tryptophan und Valin. Nicht essentielle Aminosäuren hingegen können vom Körper produziert werden und einschließen Alanin, Asparagin, Asparaginsäure, Glutaminsäure, Serin und andere.
Die Anordnung der Aminosäuren in einer Proteinkette wird durch den genetischen Code in der DNA eines Organismus bestimmt. Während der Proteinsynthese lesen Ribosomen die mRNA-Sequenz und übersetzen sie in eine spezifische Sequenz von Aminosäuren, die sich zu einer funktionalen dreidimensionalen Form faltet, die für ihre biologische Aktivität entscheidend ist. Diese Faltung kann von verschiedenen Faktoren beeinflusst werden, einschließlich der chemischen Umwelt und Wechselwirkungen mit anderen Molekülen.
Proteine erfüllen vielfältige Funktionen, einschließlich der Katalyse von Stoffwechselreaktionen (als Enzyme), der Signalübertragung innerhalb und zwischen Zellen, der Immunantwort und der strukturellen Unterstützung. Die Vielfalt der Proteinfunktionen ergibt sich aus der Vielfalt an Aminosäuresequenzen und den resultierenden dreidimensionalen Strukturen, die sie annehmen. Das Verständnis der Bausteine von Proteinen ist entscheidend in Bereichen wie Biochemie, Molekularbiologie und Medizin, wo das Wissen über Struktur und Funktion von Proteinen zu Fortschritten in der Wirkstoffentwicklung, der Gentherapie und dem Verständnis verschiedener Krankheiten führen kann.