Proteine erledigen alles, was in der Zelle anfällt
Willkommen in der Arbeiterklasse! Nach Managern und Superstars geht es heute um die arbeitende Bevölkerung der Zelle, sprich: die Proteine. Es ist eine bunt gemischte Gruppe und mit Abstand die größte unter den Biomolekülen. Alle sind eng miteinander verwandt, unterscheiden sich aber gewaltig, was die individuellen Talente und Eigenschaften angeht. Das Spektrum reicht von hochspezialisierten Facharbeitern über Spediteure und Wachleute bis hin zu Bauarbeitern.
Von freier Berufswahl kann dabei aber keine Rede sein. Was jedes Protein später einmal werden soll, ist ihm in die Wiege gelegt – oder besser: ins Gen. Denn dort entscheidet sich, in welcher Reihenfolge das Ribosom die Aminosäuren – die Eiweißbausteine – für ein neugeborenes Protein anordnet (siehe Folge 3 und 4 der Serie „Basiswissen Zelle”). Diese sogenannte Primärstruktur definiert die grundlegende Persönlichkeit des Eiweißmoleküls. Alles andere ist Ausbildungssache. Der wichtigste Teil der Ausbildung ist die Faltung, in der sich die Aminosäurekette ihr ganz persönliches, individuelles Erscheinungsbild sucht. Dazu knautscht das neu- geborene Eiweiß Teile seiner selbst in fächerartigen oder helixähnlichen Strukturen zusammen – was dann Sekundärstruktur genannt wird –, bevor es sich komplett in große Schleifen, Spiralen, lange Fäden oder kugelige Knubbel legt. Fertig ist die Tertiärstruktur. Wie genau diese schließlich aussieht, hängt von den jeweils vor Ort vorkommenden Aminosäuren ab. Manche sind nämlich äußerst wasserscheu und versuchen, möglichst weit ins Innere eines kugelförmigen Bereichs zu kommen – weit weg von dem wässrigen Milieu der Zelle. Andere dagegen lieben Wasser und drängen sich an die Oberfläche. Wieder andere suchen sich Partner, etwa weil sie eine positive oder negative Ladung tragen und daher nicht gerne alleine sind. Und viele bauen Brücken zu Kollegen in anderen Bereichen des Moleküls, ähnlich wie es die Basen in einem DNA-Doppelstrang tun (siehe Folge 2 der Serie).
Nach der Faltung haben die Protein-Azubis so gut wie ausgelernt. Viele werden von der Zelle noch mit einem Werkzeug ausgestattet – einem Metall-Ion oder einem anderen chemischen Anhängsel –, das ihnen hilft, ihre kommende Aufgabe besser zu bewältigen.
Manche tun sich auch gleich zu Beginn ihres Berufswegs mit anderen zusammen. Ein berühmtes Beispiel für ein solches Team ist das Hämoglobin, der rote Blutfarbstoff: Hier arbeiten vier Protein-Kollegen zusammen, wobei jeder Partner mit einer sogenannten Häm-Gruppe ausgestattet ist, die es ihm erlaubt, Sauerstoff festzuhalten und mitzunehmen. Hämoglobin gehört also zu den Spediteuren unter den Proteinen. In dieser Gruppe sind auch die Eiweiße, die etwa für den Eisen- oder Nährstofftransport in der Zelle zuständig sind oder positiv und negativ geladene Ionen durch die Membranen der Zelle schleusen, die sogenannten Ionenkanäle.
Eher handwerklich orientiert sind dagegen die Enzyme, eine große Gruppe von spezialisierten Facharbeitern. Sie bauen Biomoleküle zusammen oder zerlegen sie, versehen Eiweiße und andere Zellbestandteile mit chemischen Markierungen und Etiketten, entwirren DNA-Stränge, helfen beim RNA-Spleißen und vieles mehr. Jedes Enzym ist ein kleiner Biokatalysator und auf einen einzigen Arbeitsschritt spezialisiert, ähnlich wie ein Arbeiter am Band: Es besitzt eine Vertiefung oder eine Furche, aktives Zentrum genannt, in die exakt ein einziges Ausgangsprodukt passt – das klassische Schlüssel-Schloss-Prinzip. Hat diese Substanz, Ligand genannt, einmal den Weg ins aktive Zentrum gefunden, wird sie vom Enzym bearbeitet und anschließend wieder freigegeben.
Nach einem ähnlichen Prinzip arbeiten die Rezeptoren: Sie besitzen ebenfalls eine schlossartige Struktur, in die ein ganz bestimmter Ligand hineinpasst. Ihre Aufgabe entspricht etwa der eines Call-Center-Mitarbeiters bei einem Mobilfunkunternehmen: Sie nehmen Botschaften – die Liganden – entgegen und leiern, sobald diese angedockt haben, die entsprechenden Maßnahmen in der Zelle an. Auch die Kuriere beziehungsweise die Botschaften selbst sind häufig Proteine. Sie reisen von Zelle zu Zelle und tragen die Berufsbezeichnung Peptidhormone. Ihre bekanntesten Vertreter: der Zuckerregulator Insulin und das Wohlfühl- und Wehenhormon Oxytocin.
Eine ganz besondere Gruppe sind die Antikörper, die Wachleute im Organismus. Sie gehören zum Immunsystem und passen auf, dass keine Fremdkörper oder gar fremde Mikroorganismen in den Körper eindringen und dort Schaden anrichten. Auch sie setzen auf das Schlüssel-Schloss-Prinzip: In ihrem Y-förmigen Körper gibt es eine Erkennungsstelle für fremdes Material – wenn solches dort andockt, lösen sie sofort Alarm aus. Schließlich gibt es noch Proteine, die für den Bau zuständig sind. Sie halten fest zusammen, um gemeinsam ein stabiles Gerüst zu bilden. Häufig sind diese Eiweißmoleküle aus sehr regelmäßig angeordneten Modulen aufgebaut, etwa langen, umeinander gewickelten Fäden oder stabilen Spiralen. Solche Strukturproteine – die berühmtesten sind Kollagen und Keratin – werden für fast alles gebraucht, zum Beispiel für Haut, Muskeln, Knochen, Haare, Nägel und Blutgefäße. ■
Damit endet der erste Besuch in der Arbeiterklasse. Natürlich gibt es noch viele weitere Berufsgruppen. Einige von ihnen werden in der nächsten Folge auftauchen, wenn es darum geht, wie die Zelle ihre genetische Information verwaltet – und wie die Umwelt die Gene beeinflusst.
von Ilka Lehnen-Beyel (Text) und Friederike Groß (Illustrationen)
Arbeitsplatzbeschreibung
Mitarbeiter: Protein
andere Bezeichnungen: Eiweiß, Polypeptid
geboren als: Aminosäurekette, also lineare Verknüpfung einzelner Aminosäuren per sogenannter Peptidbindung
Ausbildung: Faltung, Abspalten von überflüssigen Stücken, Anhängen von verschiedenen chemischen Gruppen, Oxidation, Knüpfen von neuen Bindungen, Zusammenlagern mehrerer Untereinheiten zu Proteinkomplexen
Tätigkeit: Alles, was in der Zelle anfällt
