protein

Et protein , ofte kjent protein (foreldet proteinsubstans ), er et biologisk makromolekyl valgt fra aminosyrer er bygd opp av peptidbindinger er koblet.

Myoglobin var det første proteinet hvis romlige struktur ble avklart ved analyse av krystallstruktur .
Denne globinen fungerer som et oksygenlager i muskelceller. Den består av ca. 150 aminosyrer i peptidkjeden med α-helices bretter sfærisk romlig proteinstruktur og har en hemgruppe , ved jernatomet er O 2 kan feste.

Proteiner finnes i hver celle og utgjør vanligvis mer enn halvparten av tørrvekten. De fungerer som molekylære "verktøy" og, avhengig av den spesielle strukturen, utfører de forskjellige oppgaver, for eksempel ved å muliggjøre cellebevegelser , transportere metabolitter , pumpe ioner , katalysere kjemiske reaksjoner eller gjenkjenne signalstoffer . Muskler, hjerte, hjerne, hud og hår består også hovedsakelig av proteiner.

Helheten av alle proteiner i et levende vesen , et vev , en celle eller et celleområde , under nøyaktig definerte forhold og på et bestemt tidspunkt, kalles et proteom .

Ordets opprinnelse og historie

Gerardus Johannes Mulder

Ordet protein ble først brukt i 1839 i en publikasjon av Gerardus Johannes Mulder . Denne betegnelsen ble foreslått for ham i 1838 av Jöns Jakob Berzelius , som hentet den fra det greske ordet πρωτεῖος proteios for 'grunnleggende' og 'primær', basert på πρῶτος protos for 'første' eller 'primær'. Bak dette var den feilaktige ideen om at alle proteiner er basert på en vanlig grunnleggende substans. Dette resulterte i et voldelig argument med Justus von Liebig .

Det faktum at proteiner består av aminosyrekjeder via peptidbindinger, ble først mistenkt i 1902 på det 14. møtet med tyske naturforskere og leger, uavhengig av Emil Fischer og Franz Hofmeister , som begge holdt foredrag. Fischer introduserte begrepet peptid.

Protein syntese

Byggesteinene til proteiner er visse aminosyrer kjent som proteinogene, dvs. proteinbygging, som er bundet av peptidbindinger for å danne kjeder. Hos mennesker er det 21 forskjellige aminosyrer - de 20 som har vært kjent i lang tid, så vel som selenocystein . Den menneskelige organismen er spesielt avhengig av åtte aminosyrer, fordi de er essensielle , noe som betyr at kroppen ikke kan produsere dem selv, men må ta dem inn med mat. Aminosyrekjedene kan ha en lengde på opptil flere tusen aminosyrer, hvorved aminosyrekjeder med en lengde på mindre enn ca. 100 aminosyrer blir referert til som peptider og bare referert til som proteiner med større kjedelengde. Molekylstørrelsen på et protein er vanligvis gitt i kilo-Dalton (kDa). Titin , det største kjente humane proteinet med ca. 3600 kDa, består av over 30 000 aminosyrer og inneholder 320 proteindomene .

Den aminosyresekvensen til et protein - og dermed dets struktur - er kodet i deoksyribonukleinsyre (DNA). Den genetiske koden som brukes til dette har knapt endret seg under utviklingen av levende ting. I ribosomene , cellens "proteinproduksjonsmaskineri", brukes denne informasjonen til å sette sammen en polypeptidkjede fra individuelle aminosyrer , hvor aminosyrene som bestemmes av et kodon, er koblet i sekvensen spesifisert av DNA. Bare med brettingen av denne kjeden i et vandig cellemiljø, produserte den tredimensjonale formen et spesifikt proteinmolekyl.

Det haploide humane genomet inneholder rundt 20 350 proteinkodende gener - mye færre enn antatt før genomet ble sekvensert . Faktisk bare omtrent 1,5% av den totale genomiske DNA-koden for proteiner, mens resten består av gener for ikke-kodende RNA , så vel som introner , regulatorisk DNA og ikke-kodende deoksyribonukleinsyrer . Siden mange av de proteinkodende genene - for eksempel gjennom alternativ spleising av den primære transkripsjonen ( forløper-mRNA ) til et gen - produserer mer enn ett protein, er det langt mer enn bare 20350 forskjellige proteiner i menneskekroppen. I tillegg kjenner vi nå proteiner hvis dannelse går tilbake til eksoner av gener eller gensegmenter i romlig fjerne kromosomregioner, noen ganger til og med forskjellige kromosomer . Den tradisjonelle en-gen-ett-enzymhypotesen (også: en-gen-en mRNA- en proteinhypotese) er ikke lenger holdbar for høyere organismer i dag.

Proteinstruktur

Antall aminosyrer involvert

Et tetrapeptid (slik som Val - Gly - Ser - Ala ) med grønn merket N-terminal α-aminosyre (i eksemplet: L- Valin ) og blå merket C-terminal α-aminosyre (i eksemplet: L- alanin )
Søylediagram som viser antall kjente proteiner med et spesifikt antall aminosyrer. De vanligste proteinene er 100 til 300 aminosyrer.

Små peptider kalles oligopeptider , hvorved dipeptider består av bare to aminosyrer , tripeptider på tre, tetrapeptider på fire aminosyrer, etc. Større peptider med mer enn ti aminosyrer kalles polypeptider . De fleste proteiner er kjeder med 100 til 300 aminosyrer, sjelden mer enn tusen (se stolpediagram). Det største kjente proteinet består av en kjede på over 30 000 peptidbundet aminosyrer og finnes i muskelceller : titin .

Proteiner trenger en viss størrelse for å fungere. Oligopeptider kan brukes som signalstoffer - for eksempel som hormoner eller nevrotransmittere - men mer enn 50 aminosyrer kreves vanligvis for en enzymfunksjon . Et protein kan ikke inneholde et ubegrenset antall aminosyrer, ikke bare fordi bare en begrenset mengde aminosyrer er tilgjengelig. I tillegg avhenger tiden det tar å montere en aminosyrekjede av antall aminosyrer (se proteinbiosyntese ).

Romlig struktur

De fire nivåene av proteinstruktur, fra topp til bunn: primær struktur, sekundær struktur (β-ark til venstre, α-helix til høyre), tertiær og kvaternær struktur.

Den romlige strukturen bestemmer hvordan proteinene fungerer. Den proteinstruktur kan beskrives på fire nivåer:

  • Den rekkefølge av de enkelte aminosyrer i et polypeptidkjede, kalles den primære strukturen til et protein. Enkelt sagt kan man forestille seg en kjede der hver kjedekobling representerer en aminosyre (notasjon fra amino / N- til karboksy / C-terminus: AS 1 –AS 2 –AS 3 –AS 4 -…). Den primære strukturen beskriver bare aminosyresekvensen , men ikke den romlige strukturen til proteinet. Dette inkluderer også signalsekvensen .
  • Som sekundær struktur er det referert til sammensetningen av proteinet fra de hyppigst forekommende motivene for den romlige ordningen av aminosyrer. Det skilles mellom følgende strukturtyper: α-helix , β-ark , β-loop , β-helix og uordnede, såkalte random coil strukturer . Disse strukturene resultat av hydrogenbindinger mellom de peptidbindingene til polypeptidet ryggraden . Hver aminosyre i et protein har karakteristiske vinkler mellom de enkelte atomene i ryggraden ( tosvinkler ). Vinkelen (N-terminal) foran karbonatomet med sidekjeden til en aminosyre blir referert til som φ-vinkelen, den neste som ψ-vinkelen. Disse kan nummereres og plottes mot hverandre i et Ramachandran-plot for å vise sekundære strukturer. Alternativt kan et Janin-plot brukes.
  • Den tertiære strukturen er det romlige arrangementet av polypeptidkjeden som er overordnet den sekundære strukturen. Det bestemmes av kreftene og bindingene mellom restene (dvs. sidekjedene) til aminosyrene . Bindingskreftene som stabiliserer denne tredimensjonale strukturen er for eksempel disulfidbroer ( kovalente bindinger mellom svovelatomene til to cysteinrester ) eller fremfor alt ikke-kovalente interaksjoner slik som de ovennevnte hydrogenbindinger . I tillegg spiller hydrofobe , ioniske og van der Waals-krefter en viktig rolle. Det er gjennom disse kreftene og bindingene at proteinet fortsetter å brettes.
  • For å kunne fungere, må mange proteiner samles til et proteinkompleks , den såkalte kvaternære strukturen . Dette kan enten være en samling av forskjellige proteiner eller en assosiasjon av to eller flere polypeptidkjeder fra samme polypeptidkjede, forløperproteinet (Engl. Precursor emerged) (jfr. Insulin ). Preproteinene (med signal- eller aktiveringssekvenser som skal proteolyseres) og preproproteiner (med signal- og aktiveringssekvenser som skal proteolyseres) kalles forløperproteiner. De enkelte proteinene er ofte knyttet til hverandre ved hjelp av hydrogenbindinger og saltbroer, men også ved kovalente bindinger. De enkelte underenhetene til et slikt kompleks kalles protomerer . Noen protomerer kan også fungere som uavhengige proteiner, men mange oppnår bare funksjonaliteten i komplekser. Immunglobuliner ( antistoffer ), hvor to identiske tunge og to identiske lysproteiner er bundet av totalt fire disulfidbroer for å danne et funksjonelt antistoff, kan tjene som et eksempel på komplekser som består av flere proteiner .
  • Noen proteiner er ordnet i en "overbygning" eller "overbygning" som går utover kvaternær struktur, men er også molekylært forhåndsbestemt, slik som kollagen i kollagenfibrillen eller aktin , myosin og titin i sarkomeren .

Inndelingen i primær til kvartær struktur gjør det lettere å forstå og beskrive folding av proteiner. Under fysiologiske forhold utfolder en definert primærstruktur seg til en spesifikk tertiær struktur. Med andre ord: innholdet av informasjon som allerede er inneholdt i den primære strukturen som en lineær aminosyresekvens, uttrykkes i form av en spesifikk tredimensjonal proteinstruktur.

For denne brettingen av polypeptidkjeden til den karakteristiske tredimensjonale formen av det opprinnelige proteinet, er det imidlertid behov for spesielle miljøforhold - for eksempel et vandig medium, en pH-verdi i et visst smalt område, en temperatur innenfor visse grenser. De oppfylles i omgivelsene til cellen i membranen . Likevel ville mange komplekse proteiner ikke spontant brettes inn i strukturen som er funksjonell i cellen, men i stedet trenger foldemidler, såkalte chaperones . Kapitorene binder seg til nydannede ( begynnende ) polypeptider - eller denaturerte eller ødelagte aminosyrekjeder - og hjelper dem med å oppnå en fysiologisk funksjonell struktur mens de bruker kjemisk energi.

Klassifisering av proteiner

Proteiner kan deles inn i to hovedgrupper i henhold til deres ytre form:

  • de globulære proteiner som har tertiære eller kvaternære struktur eller sfærisk ca. ser pæreformet og som er vanligvis godt oppløselige i vann eller saltoppløsninger (for eksempel protein fra albumen , OV albumin kalt),
  • de fibrillære proteiner , som har en trådlignende eller fiberstruktur, er i det vesentlige uoppløselig og hører til støtte og strukturelle stoffer (for eksempel keratin i håret og neglene, kollagen , aktin og myosin for muskelkontraksjon ).

Videre klassifiseres proteiner i henhold til deres sammensetning, f.eks. B. med konjugerte proteiner . En klassifisering etter funksjon er også mulig, f.eks. B. Strukturelle proteiner .

Molekylær form Ikke-protein porsjon
Globulære proteiner Fibrillære proteiner
Albuminer Kollagen Glykoproteiner
Globulins Elastin Nukleoproteiner
Histoner keratin Kromproteiner
Protamin Fibrinogen Fosfoproteiner
Prolaminer Myosin Lipoproteiner

Protein overflate

Overflaten til proteinet 1EFN, hvis ryggrad er vist på bildet ovenfor (opprettet med BALLView).
Bovin trypsinhemmer uten hydrogenatomer, vist som en trådrammeoverflate (opprettet med BALLView).

Forenklet er det representativt for den komplekse proteinstrukturen, ofte kartet ryggraden ( ryggraden ) proteinet (f.eks. Som bilder over høyre). Imidlertid er overflaten av proteinet av stor betydning for å forstå funksjonen. Siden sidekjedene til aminosyrene stikker ut i rommet fra ryggraden, gir de også et avgjørende bidrag til strukturen: Ryggradens forløp bestemmer den generelle tredimensjonale strukturen, men overflatens konturer og de biokjemiske egenskapene til protein bestemmes av sidekjedene.

3D illustrasjon

Eksempler på proteinstrukturer fra PDB

For en bedre forståelse av struktur og funksjon er det viktig å vise den romlige formen til proteiner ved hjelp av passende grafikkprogrammer.

Det vanligste filformatet for atomposisjonsdata for proteiner er PDB-formatet til den fritt tilgjengelige Protein Data Bank . En PDB-fil inneholder linje for linje-oppføringer for hvert atom i proteinet, sortert etter aminosyresekvens; i det enkleste tilfellet er dette atomtypen og de kartesiske koordinatene. Det er derfor et systemuavhengig vanlig tekstformat. På grunnlag av denne filen, z. B. 3D-strukturen kan vises i Jmol . Hvis den naturlige 3D-strukturen ennå ikke er bestemt, er det bare prediksjonsstrukturen som kan hjelpe .

Proteinkjemi

rengjøring

Rensing og berikelse av proteiner fra biologisk materiale er et viktig trinn i den biokjemiske identifikasjonen og karakteriseringen av nyoppdagede proteiner.

I bioteknologi, og spesielt med rekombinante proteiner , er reproduserbar, forsiktig proteinrensing - for det meste i stor skala - en viktig forutsetning for å bruke disse proteinene i diagnostikk eller terapi .

Kvantitativ bevis

Følgende verifiseringer, som ikke representerer absolutte målinger og alle har sine begrensninger (f.eks. Feilmålinger på grunn av interfererende stoffer, referanse til et visst standardprotein osv.), Brukes til å kvantifisere proteiner:

ID

En rekke metoder kan brukes til å bevise identiteten til et protein. Indirekte bevis kan også gis via andre egenskaper enn den primære strukturen, som imidlertid følger av den, f.eks. B. om tilstedeværelsen av dens funksjon ( enzymkinetikk ) i prøvekaret eller om immunologiske egenskaper som blant annet brukes i en Western blot .

Denaturering

Den sekundære og tertiære strukturen og dermed også den kvartære strukturen til proteiner kan endres gjennom kjemiske påvirkninger som syrer , salter eller organiske løsningsmidler , så vel som fysiske effekter som høye eller lave temperaturer eller trykk, uten sekvensen av aminosyrer (primær struktur ) Endringer. Denne prosessen kalles denaturering og er vanligvis irreversibel, noe som betyr at den opprinnelige tredimensjonale romlige strukturen ikke kan gjenopprettes uten hjelp. Det mest kjente eksemplet på dette er eggehviten i høneegg, som stivner når den tilberedes fordi den romlige strukturen til proteinmolekylene har endret seg. Den opprinnelige flytende tilstanden kan ikke lenger gjenopprettes.

Å gjenopprette det denaturerte proteinet til sin opprinnelige tilstand kalles renaturering.

Stekt egg - når de blir utsatt for varme, blir proteiner i eggehviter til denaturerte eggehviter

Med kontroll over bålet var folk også i stand til å lage mat, noe som betyr at måltidene kan tilberedes lettere og lettere. Denaturering ved oppvarming endrer de fysiske og fysiologiske egenskapene til proteiner, for eksempel stekte egg, som endres av varmen i pannen. Selv veldig høy feber kan denaturere kroppens egne proteiner over en viss temperatur. Disse proteinene kan da ikke lenger oppfylle sine oppgaver i organismen, noe som kan være livstruende for mennesker.

For eksempel denaturerer noen røde blodlegemer allerede ved 42 ° C. Den regulerte feberstigningen forblir derfor under slike temperaturer. Økningen i kroppstemperatur under feber betyr en akselerasjon av metabolske prosesser (se RGT-regelen ) og lar dermed immunforsvaret reagere raskere. Denne feberen genereres av kroppen selv (se pyrogen ) for å kunne forsvare seg bedre mot invaderende patogener eller fremmedlegemer (se også antigen ). Mange av de fremmede proteinene denaturerer allerede ved lavere temperaturer enn kroppens egne.

Hydrolyse og oksidasjon

Fragmentene som resulterer fra hydrolytisk spaltning av proteinkjedene ( proteolyse ) er en blanding av peptider og aminosyrer ; Hvis disse dannes under den katalytiske effekten av pepsin , kalles de pepton , når det gjelder trypsin, trypton .

Proteiner kan oksyderes av reaktive oksygenarter . Denne prosessen kalles proteinoksidasjon og spiller en viktig rolle i aldring og en rekke patologiske prosesser. Oksidasjonen kan bety et omfattende tap av funksjon og føre til akkumulering av degenererte proteiner i cellen.

Biologiske funksjoner

Proteiner kan ha følgende veldig spesielle funksjoner i organismen :

Mutasjoner i et bestemt gen kan potensielt forårsake endringer i strukturen til det tilsvarende proteinet, noe som kan ha følgende effekter på funksjonen:

  • Mutasjonen forårsaker tap av proteinfunksjon; Slike feil, noen ganger med fullstendig tap av proteinaktivitet, er grunnlaget for mange arvelige sykdommer .
  • Mutasjonen får et enzym til å øke enzymaktiviteten. Dette kan ha gunstige effekter eller også føre til en arvelig sykdom.
  • Til tross for mutasjonen beholdes funksjonen til proteinet. Dette er kjent som en stille mutasjon.
  • Mutasjonen forårsaker en funksjonell endring som er gunstig for cellen, organet eller organismen. Et eksempel kan være et transmembranprotein som er foran mutasjonen bare i posisjon til stoffwechselbaren metabolitter A- post, mens også metabolitten etter mutasjonen B kan tas opp regulert og z derved. B. øker matmangfoldet.

Protein i mat

Proteinbehov

Proteiner utfører mange oppgaver i menneskekroppen og er viktige for alle organfunksjoner, spesielt i helbredelsen av sår og sykdommer. For å bygge opp, vedlikeholde og fornye kroppens celler , trenger mennesker mat som inneholder protein. I forhold til kroppsvekt (KG) er behovet høyest i vekstfasene i begynnelsen av livet.

I den første levemåneden skal babyen innta en daglig mengde protein på rundt 2,5 gram per kilo kroppsvekt (g / kg kroppsvekt); mot slutten av det første leveåret, rundt 1,3 g / kg kroppsvekt er tilstrekkelig. Fra en alder av to anbefaler det tyske ernæringsforeningen aldersavhengige referanseverdier mellom 1,0 og 0,8 g / kg for det daglige inntaket av protein sammen med mat. Hos små barn (1.0) er kravet høyere enn hos eldre barn og ungdom (0,9), hos yngre voksne (0,8) lavere enn hos de over 65 år (estimert 1,0) - i hvert tilfelle basert på normal vekt, ikke faktisk kroppsvekt. Overvektige trenger ikke mer enn folk med normal vekt. Derimot er behovet for gravide rundt 20% høyere (1.0), og for ammende kvinner er det enda høyere (1.2). Imidlertid er det en gjennomgang fra 2010, som også ble tatt i betraktning i en rapport fra en ekspertkommisjon fra FNs mat- og jordbruksorganisasjon (2013), som estimerte det daglige proteinbehovet for gjennomsnittlige voksne å være betydelig høyere kl. (0,91–1,2). I følge DGE øker ikke behovet for protein med fysisk aktivitet. Nyreskade på grunn av økt proteinforbruk har blitt tilbakevist flere ganger i langtidsstudier.

Proteinet som inntas med mat, fordøyes i mage og tarm , brytes ned i mindre komponenter og brytes ned i byggesteiner. Celler i tarmslimhinnen resorberer disse og frigjør de enkelte aminosyrene i ( portal ) blodstrømmen som fører til leveren. Den menneskelige organismen kan ikke produsere noen av aminosyrene selv, men trenger dem som en byggestein for sine egne proteiner. Protein i dietten må derfor være tilstrekkelig til å dekke kravet til hver av disse uunnværlige ( essensielle ) aminosyrene.

Proteinmangel

Mangel på protein kan forårsake en rekke symptomer . Vedvarende proteinmangel fører til marasmus , kwashiorkor eller begge deler og til slutt død.

Proteinmangel forekommer svært sjelden i industriland og bare med ekstremt lavprotein dietter. Det gjennomsnittlige tyske blandede dietten inneholder 100 gram protein per dag, mer enn nok protein. Selv om proteinpulver blir annonsert som anbefalt for amatørutøvere, dekker "vårt normale kosthold [...] også proteinbehovet til idrettsutøvere", som det fremgår av en rapport fra departementet for ernæring og landlige områder i Baden-Württemberg.

Proteinkilder

Bønner, en proteinrik belgfrukter
Soyabønne - moden belgfrukter

Mat med høyt proteininnhold (i alfabetisk rekkefølge) er:

En annen kilde til protein er quinoa- planten, som i tillegg til det høye proteininnholdet (rundt 14 g per 100 g) inneholder alle de 9 essensielle aminosyrene. Den tidligere FNs generalsekretær Ban Ki-moon var klar over dens betydning som kilde til mat, og erklærte at 2013 var året for quinoa, da det skulle tjene som en viktig kilde til mat og bekjempe sult i utviklingsland, spesielt i tider med klima. endring.

Helseaspekter

Så langt har fokus primært vært på mengden proteiner, men forskning fokuserer i økende grad på kilden til proteiner og deres helseeffekter. I dag, fra et helsemessig synspunkt, anbefales det å øke forbruket av vegetabilske proteinkilder.

En studie fra 2016 viser at forbruket av vegetabilske proteinkilder førte til lavere dødelighet , mens animalsk protein førte til økt dødelighet på grunn av hjerte- og karsykdommer.

En studie fra 2021 bekrefter dette resultatet. I det var vegetabilske proteinkilder forbundet med både lavere total dødelighet og lavere dødelighet på grunn av demens og hjerte- og karsykdommer. Animalisk protein som bearbeidet rødt kjøtt og egg var derimot assosiert med høyere total dødelighet.

Valens av proteiner

The Protein Fordøyelsesforsøk rettet aminosyre scorer (PDCAAS) er akseptert av FNs organisasjon for ernæring og landbruk (FAO / WHO) og den amerikanske Food and Drug Administration som "den beste måten" å bestemme proteinkvalitet. Nøkkeltallet tar hensyn til både aminosyresammensetningen og fordøyeligheten. Innholdet av essensielle aminosyrer er av særlig betydning . I tillegg kommer det eldre og nå utdaterte begrepet biologisk verdi . I 2013 introduserte FAO også Digestible Indispensable Amino Acid Score (DIAAS) som en vurderingsmetode for å bestemme proteinkvaliteten. Den viktigste forskjellen er at DIAAS tiltak real ileal fordøyelighet. DIAAS er generelt ikke forkortet og kan også anta verdier over 100%. Bare når man vurderer det totale proteininntaket, uansett om det er et blandet kosthold eller en enkelt mat som babymat, trenger DIAAS å reduseres til 100%.

Økonomisk betydning

Den totale mengden proteiner som brukes som fornybare råvarer i materialbruk, er gitt for Tyskland som regel på rundt 55 000 t per år. Det er ingen presis informasjon om opprinnelsen til disse proteinene, men det kan antas at en stor del av dem er av animalsk opprinnelse.

Flertallet av planteproteiner for fôrindustrien brukte, slik at biprodukter i vegetabilsk oljetrykk og ekstraksjon oppstod Preßrückstände (z. B. raps- og soyabønnekaker , ekstraksjonsmel ) og biprodukter fra utvinning av stivelse fra korn . Planter som dyrkes for den viktigste bruken som proteinavlinger, som lupiner , proteinerter og åkerbønner , har liten betydning - det totale arealet for å dyrke disse plantene som fornybare råvarer i Tyskland er rundt 30 hektar per år. Rundt 1000 t hveteproteiner brukes i den kjemiske industrien hvert år.

Animaliske proteiner er derimot av sentral betydning for den kjemisk-tekniske og bioteknologiske industrien. Spesielt gelatin spiller en sentral rolle i dette, og i Europa oppnås det hovedsakelig fra sprekker i storfekjøtt , svinekjøtt og bein av storfe og svin. I Tyskland produseres årlig rundt 32 000 t spiselig kvalitetsgelatin, den totale europeiske produksjonen er 120 000 t (70% svinekjøtt, 18% bein, 10% storfekjøtt, 2% annet). Rundt 90.000 tonn brukes i Tyskland, hvorav to tredjedeler brukes i næringsmiddelindustrien, og omtrent halvparten av resten brukes i dyrefôrsektoren. Rundt 15 000 t brukes i den kjemiske og farmasøytiske industrien. De viktigste bruksområdene er i farmasøytisk industri , med belegg for tabletter og vitaminpreparater (harde og myke kapsler) samt gelatinstikkpiller. Gelatin brukes også til hemostatiske svamper og som erstatning for blodplasma . Ved analog fotografering er gelatin grunnlaget for de lysfølsomme lagene på film og fotopapir, og moderne skriverpapir for utskrift av fargebilder er også belagt med gelatin.

I tillegg til gelatin er kasein en viktig proteinkilde for den kjemiske industrien. Proteinet oppnådd fra melkeprotein brukes hovedsakelig som belegningsmateriale for glanset papir og som tilsetningsstoff for beleggfarger (ca. 1–2% avhengig av produsent). Det brukes også som et etikettlim på glassflasker. Rundt 8.000 til 10.000 tonn kasein brukes i Tyskland hvert år.

Bruken av proteiner fra blodmel til produksjon av biobasert plast (f.eks. Plantepotter) er fortsatt under utvikling, og det samme er en prosess for bioteknologisk produksjon av fibre fra silkeproteiner for bearbeiding i skum, fiberduk eller folie.

Omtrent 6000 til 7000 t proteiner er autolyseprodukter laget av gjær ( gjærekstrakter ). Disse brukes primært i farmasøytisk og næringsmiddelindustri så vel som i bioteknologisk industri som næringsoppløsning for mikroorganismer.

Produksjon av vegetabilske proteiner

Vegetabilske proteiner kan fås fra soya, erter, lupiner eller raps. For å gjøre dette må proteinet isoleres fra planten: flak eller mel blandes med vann og moses . I neste trinn skilles de lavproteinfibrene og de faste stoffene fra den proteinrike løsningen ved hjelp av industrielle sentrifuger. Så følger den såkalte nedbøren . Her justeres pH-verdien til den proteinrike løsningen til det isoelektriske punktet . Dette får proteinpartiklene til å sette seg. Disse blir deretter skilt fra væsken ved hjelp av sentrifuger. For å fjerne alle komponentene i moderluten fra det utfelte og separerte proteinet, blandes proteinet igjen med vann og skilles igjen ved hjelp av sentrifugalkraft.

Industriell bruk av nye proteinkilder

Som en fullstendig erstatning for proteinrikt fiskemel med protein fra fluelarver , avler et selskap husfluer ( Musca domestica ) millioner av ganger på det landbruksvitenskapelige nettstedet til University of Stellenbosch i Elsenburg (Sør-Afrika) . Ett kilo flueegg kan produsere rundt 380 til 420 kilo protein på bare 72 timer.

Med tilsvarende storskalaproduksjon kunne en stor del av den globale fiskemelproduksjonen reddes og verdenshavene bli fritatt for industrielt fiske. I 2012 ønsker selskapet “Agriprotein” å gå i masseproduksjon. Hver dag kreves 65 t blod fra konvensjonelle slakterier for å trekke 100 t fluelarver over en periode på ca. 3 dager over en lengde på rundt 12 mm hver. Ved å tørke, male til lakemel og påfølgende pelletering kan 20 t av proteinproduktet oppnås hver dag. Et annet pilotanlegg i Tyskland er finansiert av den tyske regjeringen med 50%. Selskapet mottok People and Environment Achievement Award i 2012 .

Produksjon og optimalisering av rekombinante proteiner

Produksjonen av rekombinante proteiner med en nøyaktig definert aminosyresekvens og muligens ytterligere endringer (f.eks. Glykosylering ) skjer både i laboratoriet og i industriell skala, enten gjennom peptidsyntese eller bioteknologisk gjennom overekspresjon i forskjellige organismer og påfølgende proteinrensing .

I løpet av proteinteknikk kan egenskapene til ønsket protein endres på en målrettet måte (via proteindesignet ) eller tilfeldig (via en rettet evolusjon ). I prinsippet kan de samme prosessene brukes industrielt som i laboratoriet, men bruk av nyttige planter gjennom farmasøytisk er best egnet for storskala bruk, der bioreaktorer brukes i rene rom . Gentekniske metoder brukes for å oppnå passende organismer .

Den tekniske produksjonen av innfødte proteiner foregår over hele verden hovedsakelig i farmasi ( biofarmaka ) og til industriell bruk av enzymer som vaskemiddeladditiver ( proteaser , lipaser , amylaser og cellulaser ) eller i melkeprosessering ( laktaser ). Proteiner til næringsmiddelindustrien trenger ikke nødvendigvis å produseres i naturlig form, da biologisk aktivitet ikke alltid er nødvendig, f.eks. B. med ost eller tofu.

Betydning for arkeologi

Spesielt ved hjelp av forbedrede metoder for massespektrometri er det nå mulig å analysere proteiner eller deler av proteiner fra arkeologiske og paleontologiske funn. Fra rekonstruksjonen av " fossile " proteiner kan det også trekkes konklusjoner om gener som koder dem og dermed om strukturen til aDNA .

Trivia

"Seidenglanz proteiner", som som et additiv for sjampo er brukt for human og stell av dyrene (for tilsynelatende glans for å produsere) oppnås fra restene av puppe av silkeormen , etter løsgjøring av disse omsluttende silke tråder produsert.

I februar 2020 rapporterte forskere oppdagelsen av et protein "Hemolithin" inne i meteoritten "Acfer 086" fra 1990. Proteiner er viktige komponenter for å skape liv . Hvis deres kontroversielle studie blir bekreftet i fagfellevurderingen , kan dette støtte hypotesen om panspermi . Proteinet kunne ha sitt utspring i protoplanetær eller interstellær gass.

Se også

litteratur

weblenker

Commons : Protein Structures  - Collection of Images, Videos, and Audio Files
Wiktionary: Protein  - forklaringer på betydninger, ordets opprinnelse, synonymer, oversettelser
  • Peptider, polypeptider (proteiner)
  • Proteindatabase (aminosyresekvenser, 3D-strukturer, ...)
  • Humant proteinatlas - atlaset inneholder over 1 million bilder sertifisert av patologer og gir informasjon om lokalisering og ekspresjon av proteiner i humant normalt og tumorvev
  • Proteopedia - Proteopedia er en interaktiv 3D-leksikon om proteiner og andre biomolekyler i Wikipedia-format
  • UniProt inneholder aminosyresekvenser av og selektiv informasjon om naturlig forekommende proteiner

Individuelle bevis

  1. ^ Neil A. Campbell: Biologi . Red.: Jürgen Markl. 1., korrigert opplagsutgave. Spectrum, Heidelberg / Berlin / Oxford 1998, ISBN 3-8274-0032-5 , s. 80 (engelsk: Biology . 1996.).
  2. ^ GJ Mulder: Om sammensetningen av noen animalske stoffer . I: Tidsskrift for praktisk kjemi . teip 16 , 1839, s. 129–152 ( digitalisert versjon ).
  3. ↑ Duden - tysk universell ordbok. 4. utgave. Mannheim 2001.
  4. ^ Theodor Wieland: History of Peptide Chemistry, i: Bernd Gutte (red.), Peptides, Academic Press 1995, s. 2
  5. ↑ International Human Genome Sequencing Consortium: Etterbehandling av den eukratiske sekvensen til det menneskelige genomet . I: Natur . teip 431 , nr. 7011 , 2004, s. 931-945 , doi : 10.1038 / nature03001 , PMID 15496913 .
  6. ↑ International Human Genome Sequencing Consortium: Initial sequencing and analysis of the human genom . I: Natur . teip 409 , nr. 6822 , 2001, s. 860-921 , doi : 10.1038 / 35057062 , PMID 11237011 .
  7. ↑ P. Kapranov et al.: Eksempler på den komplekse arkitekturen til det menneskelige transkriptomet avslørt av RACE og fliser med høy tetthet . I: genomforskning . teip 15 , nei. 7 , 2005, s. 987-997 , PMID 15998911 .
  8. ^ JL Rupert: Genomikk og miljøhypoksi: hva (og hvordan) vi kan lære av transkriptomet . I: High Alt Med Biol . teip 9 , nr. 2 , 2008, s. 115-122 , PMID 18578642 .
  9. ↑ E. Pennisi: genomikk. DNA-studiekrefter tenker på nytt om hva det vil si å være et gen . I: Vitenskap . teip 15 , nei. 316 , 2007, s. 1556-1557 , PMID 17569836 .
  10. ^ ER Stadtman, RL Levine: Kjemisk modifisering av proteiner av reaktive oksygenarter. I: I. Dalle-Donne, A. Scaloni, A. Butterfield (red.): Redox Proteomics: Fra proteinmodifikasjoner til cellulær dysfunksjon og sykdommer. (= Wiley-Interscience Series on Mass Spectrometry ). 2006, ISBN 0-471-72345-2 .
  11. ↑ a b DGE : Reference Values ​​Protein , tilgjengelig 7. oktober 2017.
  12. ↑ Evaluering av kostproteinkvalitet i ernæring. Rapport om en FAQ Ekspertkonsultasjon. I: FAO (red.): FAO papir for mat og ernæring. Volum 92, Roma 2013, s. 1-66, PMID 26369006 , ISBN 978-92-5-107417-6 .
  13. ↑ R. Elango MA Humayun, RO Ball, PB Pencharz: Bevis gjorde proteinbehovet havebeen betydelig undervurdert. I: Nåværende mening i klinisk ernæring og metabolsk pleie. Volum 13, nummer 1, januar 2010, s. 52-57, doi: 10.1097 / MCO.0b013e328332f9b7 , PMID 19841581 (anmeldelse).
  14. ↑ DGE : Referanseverdier for næringsinntak ( Memento fra 15. september 2009 i Internet Archive ), Umschau / Braus, Frankfurt am Main 2000, ISBN 3-8295-7114-3 , s. 31.
  15. ↑ Kan det å spise for mye protein være dårlig for deg? 26. august 2019, åpnet 29. januar 2020 .
  16. ↑ sitert fra Cornelia Pfaff: Sports ernæring: Hva er det med protein pulver, L-karnitin og Co? 19. oktober 2002, åpnet 9. desember 2019 .
  17. ↑ Veganske proteinkilder i matvarer. 5. oktober 2017. Hentet 19. januar 2018 .
  18. ↑ Sun Yangbo, Liu Buyun, Snetselaar Linda G., Wallace Robert B., Shadyab Aladdin H. Association of Major protein kilder med All-årsak og årsaksspesifikk dødelighet: prospektiv studie . I: Journal of the American Heart Association . teip 0 , nei. 0 , s. e015553 , doi : 10.1161 / JAHA.119.015553 ( ahajournals.org [åpnet 28. februar 2021]).
  19. ↑ Harvard TH Chang School of Public Health: Protein. 18. september 2012, Hentet 28. februar 2021 (amerikansk engelsk).
  20. ↑ Mingyang Song, Teresa T. Fung, Frank B. Hu, Walter C. Willett, Valter D. Longo: Association of Animal and Plant Protein Intake With All-Cause and Cause-Specific Mortality . I: JAMA Internal Medicine . teip 176 , nr. 10. 1. oktober 2016, ISSN  2168-6106 , s. 1453 , doi : 10.1001 / jamainternmed.2016.4182 ( jamanetwork.com [åpnet 28. februar 2021]).
  21. ↑ Sun Yangbo, Liu Buyun, Snetselaar Linda G., Wallace Robert B., Shadyab Aladdin H. Association of Major protein kilder med All-årsak og årsaksspesifikk dødelighet: prospektiv studie . I: Journal of the American Heart Association . teip 0 , nei. 0 , s. e015553 , doi : 10.1161 / JAHA.119.015553 ( ahajournals.org [åpnet 28. februar 2021]).
  22. ↑ Protein- og aminosyrebehov i ernæring hos mennesker. Rapport om en felles ekspertkonsultasjon fra FAO / WHO / UNU (WHO Technical Report Series 935) . Verdens helseorganisasjon , 2007, ISBN 92-4120935-6 ( fulltekst [PDF]).
  23. ↑ Gertjan Schaafsma: Protein Fordøyelsesforsøk rettet aminosyre scorer . I: The Journal of Nutrition . teip 130 , nr. 7 , 2000, s. 1865S - 1867S , doi : 10.1093 / jn / 130.7.1865S (fri fulltekst).
  24. ↑ CP Marinangeli, JD House: Potensiell innvirkning av den fordøyelige uunnværlige aminosyrescore som et mål på proteinkvalitet på kostholdsregler og helse. I: Ernæringsanmeldelser. Volum 75, nummer 8, august 2017, s. 658-667, doi: 10.1093 / nutrit / nux025 , PMID 28969364 , PMC 5914309 (gratis fulltekst) (anmeldelse).
  25. ^ RR Wolfe, SM Rutherfurd, IY Kim, PJ Moughan: Proteinkvalitet som bestemt av den fordøyelige uunnværlige aminosyrescore: evaluering av faktorer som ligger til grunn for beregningen. I: Ernæringsanmeldelser. Volum 74, nr. 9, 2016, s. 584-599, doi: 10.1093 / nutrit / nuw022 , PMID 27452871 (anmeldelse).
  26. ↑ SM Phillips: Virkningen av proteinkvalitet på markedsføring av styrketrening-induserte forandringer i muskelmasse. I: Ernæring og metabolisme. Volum 13, 2016, s. 64, doi: 10.1186 / s12986-016-0124-8 , PMID 27708684 , PMC 5041535 (gratis fulltekst) (anmeldelse).
  27. ↑ Betydning, definisjon og beregning av DIAAS ' vitenskapelige rapport om biologisk verdi på tysk - DIAAS. Hentet 24. august 2020.
  28. ↑ Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (red.): Data og fakta om fornybare råvarer. Gülzow 2006, s. 57. ( PDF-nedlasting ).
  29. ↑ Ralf Pude, Barbara Wenig: Anlegg for bransjen. Planter, råvarer, produkter. Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V., Gülzow 2005, s. 11. ( PDF-nedlasting ).
  30. ↑ Dominik Vogt, Christian Gahle, Michael Karus: Opprettelse av en oversikt over markedssituasjonen og trender for materialbruk av fornybare råvarer (NR) i Nordrhein-Westfalen. nova-Institut GmbH, Hürth 2005.
  31. ↑ K. Rappold: Gelatin - En naturlig mat. I: bmi aktuell. 1/2004, forlegger Informasjonssenter for bakemidler og bakeringredienser for produksjon av brød og fine bakevarer e. V.
  32. ↑ et b hjemmeside Gelatin Produsenter av Europa ( Memento av den opprinnelige fra 09.01.2016 i Internet Archive ) Omtale: The arkiv koblingen er satt inn automatisk og har ennå ikke blitt sjekket. Vennligst sjekk originalen og arkivlenken i henhold til instruksjonene, og fjern deretter denne meldingen. , Hentet 18. september 2008. @1@ 2Mal: Webachiv / IABot / www.gelatine.de
  33. ^ Johann Verbeek, Lisa van den Berg: Proteinous Bioplastics from Bloodmeal. I: bioplastics magazine. Nr. 5, 2008, s. 30.
  34. Par Casparus JR Verbeek, Lisa E. van den Berg: Utvikling av proteinholdig bioplast ved bruk av blodmel . I: Journal of Polymers and the Environment . teip 19 , nei. 1 , 2010, s. 1–10 , doi : 10.1007 / s10924-010-0232-x (fri fulltekst).
  35. ^ Matthias Geuder: Biopolymerer - råvarer, teknologier, applikasjoner. I: Biomaterials Report. Okt / nov / des 2008, s. 46 (PDF; 5,2 MB).
  36. ↑ Flottweg industrielle sentrifuger for vegetabilske og animalske proteiner. Hentet 22. mai 2017 .
  37. ↑ Flottweg SE - EKTRAKSJON AV SOYAPRoteinisolat .
  38. ↑ a b Claus Stäcker: Fluenes herrer ( Memento fra 24. februar 2013 i Internet Archive ). I: tagesschau.de .
  39. ↑ Rob Fletcher: Fiskemelutskiftning får den største prisen. I: fishnewseu.com. Fish News EU, åpnet 3. februar 2016 .
  40. ↑ Maggots are Turf over Surf animal feed alternative . I: Reuters . 16. mars 2012 ( reuters.com ).
  41. ↑ PEA-prisvinnere 2012 ( Memento fra 4. februar 2013 i Internet Archive ).
  42. ^ Claudia Bröll: Bærekraftig forretningside Made in South Africa . I: Frankfurter Allgemeine Zeitung . 15. august 2012 ( faz.net ).
  43. ↑ Jessica Hendy: Ancient protein analysis in archeology. I: Science Advances. Volum 7, nr. 3, 2021, eabb9314, doi: 10.1126 / sciadv.abb9314 .
  44. Elle Michelle Starr: Forskere hevder å ha funnet det første kjente utenomjordiske proteinet i en meteoritt . I: ScienceAlert.com , 2. mars 2020. 
  45. ^ Protein oppdaget inne i en meteoritt , Phys.org. 3. mars 2020. Tilgang 4. mars 2020. 
  46. ↑ https://arxiv.org/abs/2002.11688