Proteine sind Bausteine des Lebens

Proteine setzen sich aus Aminosäuren zusammen. Diese tragen alle eine Amino- und eine Carboxylgruppe. Über Peptidbindungen entstehen daraus zunächst kettenförmige Oligo- oder Polypeptide beziehungsweise bei mehr als 100 Aminosäuren Proteine. Um ihre Aufgaben erfüllen zu können, nehmen diese Ketten eine platzsparende, dreidimensionale Anordnung in Form einer spiralförmigen Alpha-Helix oder eine Faltblattstruktur ein. Daraus bilden sich dann knäuel- oder faserförmige Proteine.

Um bei der unübersichtlich großen Zahl von Proteinen den Überblick zu behalten, unterscheidet man einfache Eiweißstoffe, die nur aus Aminosäuren bestehen, von solchen Verbindungen, die noch Cofaktoren, beispielweise organische Moleküle oder Metallionen, enthalten.

Bevor proteinhaltiges Essen jedoch Aminosäuren als Rohstoffe zur körpereigenen Proteinsynthese liefert, muss unser Organismus einige Vorbereitungen treffen. Während der Verdauung bewirkt die Magensäure eine Denaturierung der Nahrungseiweiße, das heißt, sie löst also die dreidimensionale Struktur der Aminosäureketten auf. Das Enzym Pepsin, das mithilfe von Magensäure aus inaktivem Pepsinogen gebildet wird, zerschneidet die Proteine im Magen in kleinere Peptide. Sobald diese im Dünndarm ankommen, treten die von der Bauchspeicheldrüse gebildeten Endopeptidasen Trypsin und Chymotrypsin in Aktion. Sie spalten Peptidketten von der Mitte auf. Die ebenfalls von der Bauchspeicheldrüse gebildeten Exopeptidasen trennen einzelne Aminosäuren vom Kettenende ab.

Am Ende der Proteinverdauung werden im Dünndarm von den Darmzotten freie Aminosäuren und kurze Peptide ins Pfortaderblut aufgenommen und zur Leber transportiert. Drei Viertel der Aminosäuren werden dort zum Aufbau lebenswichtiger Proteinverbindungen herangezogen, der Rest gelangt mit dem Blut zu anderen Körperzellen.

Zwar finden ein ständiger Auf-, Ab- und Umbau und auch Proteinrecycling statt, dennoch fällt im Aminosäurestoffwechsel Sondermüll an, etwa Ammoniak, der in der Leber zu ungiftigem Harnstoff umgewandelt, in den Nieren ausgefiltert und dann mit dem Urin ausgeschieden wird. Laut DGE fehlen noch Studien dazu, ob ein langfristig hoher Eiweißverzehr das Risiko einer Niereninsuffizienz begünstigt. Eine Proteinzufuhr in doppelter Höhe des Referenzwertes wird für Erwachse aber als sicher angesehen. Wer viel Eiweiß isst, sollte jedoch auch genug trinken.

Nur 20 Aminosäuren sind Bausteine aller menschlichen Proteine. Sie werden proteinogen genannt, liegen wie alle in natürlichen Proteinen vorkommenden Aminosäuren in L-Konfiguration vor und können mit einem Drei- oder Einbuchstabencode abgekürzt werden. 9 der 20 sind unentbehrlich, müssen also mit der Nahrung aufgenommen werden. Die Übrigen kann der Körper in aller Regel selbst herstellen. Semi-essenzielle Aminosäuren, unter anderem Arginin, Histidin, Cystein oder Tyrosin, müssen aber in bestimmten Situationen, wie gesteigertem Proteinbedarf in Schwangerschaft, Wachstum und Rekonvaleszenz oder bei bestimmten Stoffwechselerkrankungen, mit der Nahrung aufgenommen werden.

Für Sportler von Interesse sind die drei verzweigtkettigen Aminosäuren Valin, Leucin und Isoleucin. Während ein schnellerer und verbesserter Muskelaufbau durch hoch dosierten und isolierten Verzehr dieser BCCA (branched-chain amino acids) wissenschaftlich nicht erwiesen ist, schließt das Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR) gesundheitliche Nachteile nicht aus.

Alle 20 Aminosäuren können in beliebiger Anzahl und Reihenfolge miteinander verknüpft werden, was – mit oder ohne weitere Bestandteile - zu einer Fülle unterschiedlicher Proteine mit einer Vielzahl spezifischer Aufgaben im Organismus führt. Beispielsweise wehren sie als Immunglobuline Krankheiten ab oder speichern wie Ferritin Eisen im Organismus. Das Peptidhormon Insulin fungiert als Türöffner, um Glucose aus dem Blut in die Zellen einzuschleusen. Hämoglobin ist eine Art Taxifahrer für Sauerstoff, während Lipoproteine Fette und Cholesterol transportieren. Rein gar nichts läuft im Körper ohne Enzyme; sie werden für unzählige biochemische Prozesse im Stoffwechsel, in der Zelle, in Körperflüssigkeiten und Geweben gebraucht.