Von Proteinshakes über Mikronährstoff-Supplements bis hin zur biotechnologischen Peptidkosmetik – Eiweißstoffe sind in aller Munde. Wir untersuchen Aufbau, Klassifizierung und gesundheitliche Aspekte von sequenzierten Proteinstrukturen der biologischen Makromoleküle aus Aminosäuren.
Zelluläre Makromoleküle, aufgebaut aus Aminosäuren
Proteine sind biologische Makromoleküle aus Aminosäuren, verbunden durch Peptidverknüpfungen. Die Bezeichnung Protein wurde erstmals von dem niederländischen Chemiker und Pharmakologen Gerardus Johannes Mulder in einer Fachpublikation im 19. Jahrhundert benutzt, in der fehlerhaften Annahme, dass alle Proteine auf einer gemeinsamen Grundsubstanz basieren. Mulder gilt dennoch als Entdecker des pflanzlichen und tierischen Proteins. Erst 1902 stellten deutsche Mediziner die Vermutung auf, dass Proteine aus Aminosäureketten durch Peptidverbindungen aufgebaut sind. Die lebenswichtigen molekularen Funktionsapparate kommen in jeder Zelle vor und erfüllen wesentliche Strukturbildungs-, Transport- und Katalyseaufgaben – von der Infektionsabwehr über Bewegungsabläufe bis hin zur Energiegewinnung. Deren genau definierte Gesamtheit in Lebewesen, Gewebe oder Zellverband wird als Proteom bezeichnet.
Bausteine der Proteine, umgangssprachlich auch Eiweiße genannt, sind bestimmte proteinaufbauende Aminosäuren. Beim Menschen sind 21 Aminosäuren bekannt, acht davon essenzieller Natur, die durch die Nahrung zugeführt werden müssen. Die Aminosäuresequenz eines Proteins, aus einzelnen Aminosäuren zur Polypeptidkette zusammengesetzt, ist in der DNA codiert. Proteine weisen vielfältige physiologische regulatorische Eigenschaften auf und sind wichtig für die Zellkommunikation. Entscheidend für deren spezifische Funktionalität ist deren Größe. Peptide, kurzkettige Vorstufen für Proteine und Signalmoleküle in Primärstruktur, werden nach der Anzahl ihrer Aminosäuren unterschieden. Kleine Peptide heißen Oligopeptide; Peptide mit mehr als 10 Aminosäuren werden als Polypeptide zusammengefasst. Oligopeptide fungieren zumeist als Signalstoffe, beispielsweise als Neurotransmitter oder Hormon. Komplexe Enzymfunktionen erfordern jedoch die Bildung von langen Aminosäureketten im zellulären Prozess der Proteinbiosynthese.
Wichtiger Energielieferant und Makronährstoff
Spezielle dreidimensionale Proteinstrukturen geben Hinweise auf den Informationsgehalt. Nach der Molekülform werden zwei Hauptgruppen unterteilt: globuläre, wasserlösliche, kugel- bis birnenförmige Proteine und fibrilläre, zumeist unlösliche, faserige oder fadenförmige Proteine. Zu den sogenannten Stütz- und Gerüstsubstanzen gehören u. a. Kollagene, Keratine, Aktine und Myosine. Biotechnologisch ist die sterile Aufreinigung und Anreicherung von Proteinen aus Biomaterial unerlässlich, welche wiederum als reproduzierbares Verfahren in medizinischer Therapie und Diagnostik zum Einsatz kommt. Durch reaktive Sauerstoffspezies können Proteine oxidiert werden, einhergehend mit Funktionsverlust infolge vermehrter Anhäufung degenerierter Zellproteine, – ein wesentlicher Forschungsaspekt bei natürlichen Alterungsprozessen.
Wertvolle und qualitativ hochwertige gesundheitsfördernde Proteinquellen sind aus wissenschaftlicher Sicht zunehmend pflanzliche Eiweiße, konzentriert enthalten in Hülsenfrüchten, Rapssamen, Nüssen und Quinoa. Im fortgeschrittenen Alter besteht die Gefahr von Proteinmangel aufgrund der sukzessive abnehmenden körperlichen Nutzbarmachung – der empfohlene tägliche Eiweißbedarf wird jedoch in Industrieländern durch die durchschnittliche Mischkosternährung mit etwa 100 g Eiweiß ausreichend abgedeckt. Entscheidend für die effektive Verwertung ist die zugeführte Gesamtmenge, nicht die Proteinmenge pro Mahlzeit. Ein Überkonsum kann eine Eiweißvergiftung auslösen. Tatsache ist, in der modernen Ernährungswissenschaft zirkulieren weiterhin unterschiedliche Auffassungen hinsichtlich der relativen Bedeutung von Proteinqualität.
Peptidkosmetik: Tierisches Kollagen ist out
Molekular angetriebene Signalgeber sind eine rasant wachsende forschungsbasierte Biotech-Domäne in der Kosmetikindustrie. Zunehmend ethisch motivierte, vegane tierwohlfreundliche Clean Beauty-Produktionsstandards befördern die globale Auseinandersetzung mit neuen und altbewährten botanischen Ressourcen oder marinen Spezies. Und so konzentrieren sich Produktentwicklungen in Anti-Aging-Kosmetika und Nahrungsergänzungsmitteln vermehrt auf pflanzliche, synergetische proteingesättigte Reparaturkomplexe zur Haut- und Haarpflege – bedenkliche Inhaltsstoffe wie Fisch- und Rinderkollagen haben weitestgehend ausgedient. Durch die gezielte exogene Einflussnahme auf zelleigene Schlüsselproteine entfaltet natürlich angereicherte oder synthetisch hergestellte bioaktive Peptidkosmetik ein Breitbandspektrum aus heilungsfördernden, schützend filmbildenden, strukturverbessernden und barrierestärkenden Wirkweisen.
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