Kein anderer Makronährstoff gewann in den letzten Jahren so sehr an Bedeutung wie das Protein. Während man schon fast penibel versucht die Kohlenhydrat- und Fettzufuhr zu minimieren, scheint man nicht genug vom Protein zu bekommen. Proteinkäse, Proteinmilch, Proteinpulver, Proteinriegel und Proteinbrot, ja sogar Proteinpasta, überschwemmen die Supermarktregale und doch scheinen so wenige zu wissen, was Protein eigentlich ist. Eine ausreichende Eiweissversorgung wird mit dem maximalen Muskelwachstum gleichgesetzt, und obwohl das per se stimmt, ist Protein noch viel mehr als das. Also wie entsteht Protein überhaupt und was ist seine Funktion in unserem Körper?
Wer im Labor arbeitet, beziehungsweise schon Proteine aufreinigen musste, kennt vielleicht den Spruch von Freunden und Familie: „Jetzt kannst du dein eigenes Proteinpulver herstellen!“. Naja… nicht wirklich. Denn, Protein muss nicht zwangsläufig Lebensmittel heissen, denn es gibt auch welche, die möchte man lieber nicht zu sich nehmen; denn Toxine – von lebenden Organismen synthetisierte Gifte – beispielsweise sind auch nichts anderes als Proteine!
Proteine findet man in jeder einzelnen Zelle des Körpers; sie sind Teil der Zellwände und ermöglichen durch ihre Anwesenheit den Durchgang von Nährstoffen in und aus der Zelle. Sie sind oftmals für die Kommunikation zwischen den Zellen verantwortlich und können als Enzyme wichtige chemische Reaktionen durchführen. Kleine Proteine können auch als Hormone den Stoffwechsel, den Zyklus oder eben auch den Muskelaufbau regulieren. Gleichzeitig sind sie wichtige Bausteine von Haut, Haaren, Knochen, Muskeln und vielem mehr.
Hier wird einem also relativ schnell klar, dass Proteine nicht nur fast überall im Menschen zu finden sind, sie sind auch für sämtliche Vitalfunktionen des menschlichen Körpers (mit-)verantwortlich. Doch wie werden Proteine überhaupt hergestellt?
Die DNA als Bauanleitung für das Protein
Die DNA wird den meisten aus dem Biologie-Unterricht bekannt sein; sie sieht aus wie eine Spirale und trägt den genetischen Code, welcher benötigt wird um alle Arten von Lebewesen aufzubauen und am Leben zu erhalten. Die DNA ist aus lediglich vier Bausteinen, den Nukleotiden, zusammengesetzt, welche zwei miteinander verbundene Stränge bilden. Haben wir nur einen einzelnen Nukleotid-Strang, so wird dieser RNA genannt. Diese RNA kann von spezialisierten Enzymen abgelesen werden, welche dann aufgrund dieser Vorlage neue Proteine bilden können (Fun Fact: Die Enzyme, welche die Proteine herstellen, sind selbst Proteine!).
Die vier Nukleotide, aus denen die RNA besteht, sind so angeordnet, dass immer 3 Nukleotide zusammen den Code für eine bestimmte Aminosäure bilden. Beim Ablesen der RNA wird eine lange Kette an Aminosäuren gebildet. Diese Kette wird Polypeptidkette oder eben Protein genannt.
Wie man also der unteren Grafik entnehmen kann, ist die Bauanleitung für jedes einzelne Protein, welches unser Körper im Verlauf unseres Lebens herstellen wird, von Geburt an in unserer DNA verankert.
Essentielle und nicht-essentielle Aminosäuren
Wie eben erwähnt, ist ein Protein aus einzelnen Aminosäuren aufgebaut. Es gibt ungefähr 500 natürlich vorkommende Aminosäuren, jedoch sind nur 20 davon im genetischen Code vertreten und sind somit in tierischen, sowie pflanzlichen Organismen zu finden. Von diesen 20 Aminosäuren kann der Mensch neun nicht selbst herstellen, diese werden essentielle Aminosäuren genannt. Um körperliche Grundfunktionen aufrechtzuerhalten, müssen wir diese essentiellen Aminosäuren durch die Nahrung zu uns nehmen. Sämtliche Aminosäuren finden wir in tierischen, sowie auch in pflanzlichen Lebensmitteln. Je mehr sich jedoch das Aminosäureprofil des Lebensmittels mit dem des Menschen deckt, desto höher ist dessen biologische Wertigkeit. Je höher die biologische Wertigkeit eines Nahrungsproteins, desto weniger Proteine muss man zu sich nehmen, um seinen Eiweissbedarf optimal zu decken. Mehr dazu im bite-sized science Blogpost zum Thema biologische Wertigkeit.
Was passiert mit dem Protein, welches wir zu uns nehmen?
Es wird verdaut. Zuerst mechanisch, indem wir unsere Lebensmittel im Mund zerkauen und später dann chemisch in unserem Verdauungstrakt. Der menschliche Verdauungstrakt hat drei primäre Proteasen (Enzyme, die Proteine spalten können), welche fürs Zerschneiden der Bindungen zwischen bestimmten Aminosäuren verantwortlich sind. Das Pepsin wird vom Magen sekretiert, wobei Chymotrypsin und Trypsin von der Bauchspeicheldrüse gebildet werden. Die drei Proteasen schneiden das Protein in viele kürzere Protein-Stückchen, welche dann von den Peptidasen noch weiter gekürzt werden bis nur noch die einzelnen Aminosäuren vorliegen. Aus dem Verdauungstrakt gelangen die Aminosäuren in den Blutkreislauf und werden durch den gesamten Körper transportiert. Die Aminosäuren gelangen dann in die einzelnen Zellen, wo sie für die Synthese von neuem, körpereigenem Protein genutzt werden. Diese Proteine werden dann nach der in der DNA vorgegebenen Bauanleitung synthetisiert.
Das wahrlich Spannende an dem Thema ist doch, dass nicht die DNA uns zu dem macht, was wir sind. Erst durch das Ablesen der DNA und der Produktion dieser immensen Anzahl an Proteinen, welche alle eine andere Aufgabe ausüben, können wir erst so lebensfähig sein, wie wir es eben sind. Ich bin ein Befürworter des Protein-Hypes, aber nicht nur wegen der Gains, sondern weil Proteine uns überhaupt erst zum lebenden Organismus machen. Und für die, die doch wegen der Gains hier sind; in den nächsten Posts werde ich mehr auf Proteine und die Ernährung eingehen.
Quellenangaben:
Titelbild von Unsplash (HowToGym)
Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al.: Molecular Biology of the Cell. 4th edition. New York: Garland Science; 2002. Protein Function.
Wikipedia: Toxin
Walsh, Christopher T et al.: Nonproteinogenic amino acid building blocks for nonribosomal peptide and hybrid polyketide scaffolds.
BCcampus Open Textbooks: Digestive System Processes
Wow mega gut geschrieben! Sehr verständlich! Good job schatz