Proteine sind eines der am häufigsten vorkommenden organischen Moleküle in lebenden Systemen und haben einen unglaublich vielfältigen Funktionsumfang. Proteine werden verwendet, um:
- Strukturen innerhalb der Zelle aufbauen (z. B. das Zytoskelett)
- Die Produktion anderer Proteine regulieren, indem sie die Proteinsynthese steuern
- Entlang des Zytoskeletts gleiten, um Muskelkontraktionen zu verursachen
- Moleküle durch die Zellmembran transportieren
- Chemische Reaktionen beschleunigen (Enzyme)
- Als Toxine wirken
Jede Zelle in einem lebenden System kann Tausende verschiedener Proteine enthalten, von denen jedes eine einzigartige Funktion hat. Ihre Strukturen sind wie ihre Funktionen sehr unterschiedlich. Sie sind jedoch alle Polymere von Aminosäuren, die in einer linearen Sequenz angeordnet sind (Abbildung 1).
Die Funktionen von Proteinen sind sehr vielfältig, da sie aus 20 verschiedenen chemisch unterschiedlichen Aminosäuren bestehen, die lange Ketten bilden, und die Aminosäuren können in beliebiger Reihenfolge vorliegen. Die Funktion des Proteins hängt von der Form des Proteins ab. Die Form eines Proteins wird durch die Reihenfolge der Aminosäuren bestimmt. Proteine sind oft Hunderte von Aminosäuren lang und sie können sehr komplexe Formen haben, weil es so viele verschiedene mögliche Ordnungen für die 20 Aminosäuren gibt!
Im Gegensatz zu dem, was Sie vielleicht glauben, werden Proteine normalerweise nicht als Energiequelle von Zellen verwendet. Protein aus Ihrer Ernährung wird in einzelne Aminosäuren zerlegt, die von Ihren Ribosomen zu Proteinen zusammengesetzt werden, die Ihre Zellen benötigen. Ribosomen produzieren keine Energie.
Die Information zur Herstellung eines Proteins ist in der DNA der Zelle kodiert. Wenn ein Protein produziert wird, wird eine Kopie der DNA hergestellt (mRNA genannt) und diese Kopie wird zu einem Ribosom transportiert. Ribosomen lesen die Informationen in der mRNA und verwenden diese Informationen, um Aminosäuren zu einem Protein zusammenzusetzen. Wenn das Protein im Zytoplasma der Zelle verwendet wird, wird das Ribosom, das das Protein erzeugt, frei im Zytoplasma schweben. Wenn das Protein auf das Lysosom abzielt, Bestandteil der Plasmamembran wird oder außerhalb der Zelle ausgeschieden wird, wird das Protein von einem Ribosom synthetisiert, das sich auf dem rauen endoplasmatischen Retikulum (RER) befindet. Nach der Synthese wird das Protein in einem Vesikel von der RER zur Cis-Seite des Golgi (der Seite, die dem Inneren der Zelle zugewandt ist) transportiert. Wenn sich das Protein durch den Golgi bewegt, kann es modifiziert werden. Sobald das endgültige modifizierte Protein fertiggestellt ist, verlässt es den Golgi in einem Vesikel, das von der Transfläche abspritzt. Von dort kann das Vesikel auf ein Lysosom oder auf die Plasmamembran gerichtet werden. Wenn das Vesikel mit der Plasmamembran verschmilzt, wird das Protein Teil der Membran oder wird aus der Zelle ausgestoßen.
Insulin
Insulin ist ein Proteinhormon, das von bestimmten Zellen in der Bauchspeicheldrüse, den sogenannten Betazellen, hergestellt wird. Wenn die Betazellen spüren, dass der Glukose- (Zucker-) Spiegel im Blutkreislauf hoch ist, produzieren sie Insulinprotein und scheiden es außerhalb der Zellen in den Blutkreislauf aus. Insulin signalisiert Zellen, Zucker aus dem Blutkreislauf aufzunehmen. Zellen können ohne Insulin keinen Zucker aufnehmen. Insulinprotein wird zunächst als unreife, inaktive Kette von Aminosäuren produziert (Präproinsulin – Siehe Abbildung 4). Es enthält eine Signalsequenz, die das unreife Protein auf das raue endoplasmatische Retikulum abzielt, wo es sich in die richtige Form faltet. Die Zielsequenz wird dann von der Aminosäurekette abgeschnitten, um Proinsulin zu bilden. Dieses getrimmte, gefaltete Protein wird dann in einem Vesikel zum Golgi transportiert. Im Golgi werden mehr Aminosäuren (Kette C) vom Protein abgeschnitten, um das endgültige reife Insulin zu produzieren. Reifes Insulin wird in speziellen Vesikeln gespeichert, bis ein Signal empfangen wird, damit es in den Blutkreislauf freigesetzt wird.
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Text adapted from: OpenStax, Concepts of Biology. OpenStax CNX. May 18, 2016 http://cnx.org/contents/[email protected]