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Bewegungsvorgänge

Proteine: Struktur und Funktion

Obwohl alle Proteine aus den gleichen Bausteinen, den Aminosäuren, bestehen, haben sie sehr unterschiedliche biochemische Eigenschaften und nehmen im Organismus ebenso unterschiedliche Funktionen wahr. An ein paar ausgewählten Beispielen wird im folgenden Kapitel demonstriert, wie die Evolution bestimmte Probleme gelöst hat und wie die Aminosäure-Sequenz die Struktur und Funktion eines Proteins bedingt.

Beispiel 1: Bewegung

Die Bewegung eukaryontischer Zellen (Muskeln, Cilien, Cytoplasmaströme) und der Geißelschlag bei Prokaryonten beruhen auf unterschiedlichen Bewegungsprinzipien. Das eukaryontische Actomyosin und das prokaryontische Dynein sind nicht miteinander verwandt und sind daher ein Beispiel für zwei Lösungen des Problems Fortbewegung.

Beispiel 2: Sauerstoff-Transport

In den meisten Tiergruppen wird der Sauerstoff-Transport von Hämoglobin bzw. Myoglobin vermittelt, beides Moleküle, bei denen Sauerstoff koordinativ an eine Häm-Gruppe im Protein gebunden ist. Sauerstoff-Transportmoleküle sind hochkonserviert und unterscheiden sich kaum zwischen Organismengruppen - ein Hinweis darauf, dass es diese Erfindung in der Evolution nur einmal gegeben hat.

Beispiel 3: Strukturbausteine im Organismus

Bei Haaren, Wolle und Seide übernehmen strukturbildende Proteine sehr spezifische Funktionen. Kollagenfasern stabilisieren Haut und Gelenke oder sorgen für die Flexibilität von Sehnen. Hier ist es weniger die Tertiärstruktur, sondern die Primär- und Sekundärstuktur, die die Eigenschaften des jeweiligen Strukturproteins bedingt.

Beispiel 4: Membranproteine und ihre besonderen Eigenschaften

Membranproteine kommen nicht in wässriger Umgebung vor. Die Aminosäure-Zusammensetzung von Membranproteinen, ihre Eigenschaften und ihre Funktion im Organismus ist daher ganz anders als die von cytoplasmatischen Proteinen.

Beispiel 5: Proteine, die für ihre Funktion prosthetische Gruppen benötigen

Proteine, die Zucker, Lipide oder z.B. Häm-Gruppen tragen, übernehmen vielfältige Aufgaben im Organismus. Neben dem oben bereits genannten Sauerstoff-Transport, der durch ein Häm-Protein vermittelt wird, sind viele Atmungsvorgänge an Proteine geknüpft, die Metalle wie Eisen oder Molybdän (Cytochrome, Nitrogenase) benötigen oder die, wie im Falle der Flavoproteine, FMN- oder FAD-Cofaktoren haben. Ohne den Nichtprotein-Anteil könnten diese Proteine ihre Funktion nicht erfüllen.

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