Big Bang HTL 4, Schulbuch

30 Biochemie und Biotechnologie (IV. Jahrgang, 7. Semester) Die Funktion eines Proteins hängt stark ab von seiner Struk- tur, diese ist allerdings durch äußere Einflüsse beeinfluss- bar. Der Vorgang der Zerstörung der Sekundär- bis Quartär- struktur wird Denaturieren genannt und kann durch folgende Faktoren ausgelöst werden: – pH-Wert-Änderung – Hitze – Mechanische Beanspruchung (z. B. die Schwerkräfte beim Schnee Schlagen) – hohe Salzkonzentrationen – Schwermetall-Ionen – … F18 In einigen Fällen ist die Denaturierung der Proteine reversibel, das heißt sie kann wieder rückgängig ge- macht werden. Dieser Vor- gang heißt Renaturierung . Die Denaturierung der Pro- teine ist verantwortlich dafür, dass kaum ein Lebe- wesen bei Temperaturen über 40–50 °C dauerhaft überleben kann. Jene die es doch können (z. B. thermophile Bakterien) haben speziell veränderte Proteine und Schutzmechanis- men gegen Denaturierung entwickelt. Die Primärstruktur bleibt bei der Denaturierung in der Regel erhalten. Abb. 2.41: Eischnee V 2.5 Denaturieren von Proteinen Geräte und Chemikalien: Hühnerei, Reagenzgläser, Kochsalzlösung (0,9%ig), Becher- glas, Gasbrenner/Teelicht, Essig, Kupfersulfatlösung , (etwa 1 mol/l), Ethanol (70%ig) , Ammoniumsulfat- lösung (gesättigt), H 2 O deion., 5ml Pipette (oder Kolbenhub- pipette 1–10ml + Spitzen), Reagenzglasklammer Durchführung: – Trenne das Eiweiß vom Dotter des Eis und löse das Eiweiß in etwa 100ml Wasser – Befülle 6 Reagenzgläser mit je 5ml Eiweißlösung. RG 1 : Vergleichslösung, bleibt unbehandelt. RG 2 : Erhitze die Eiweißlösung vorsichtig über der Brennerflamme. RG 3 : Zugabe von etwas Essig RG 4 : Zugabe von einigen Tropfen Kupfersulfat RG 5 : Zugabe von etwas (ca 1–2ml) Ethanol RG 6 : Zugabe von etwas (ca 1–2ml) Ammoniumsulfat- lösung. Aufgaben: – Beobachte und notiere die Veränderungen. – Gib jeweils etwa 10ml Wasser hinzu, mische und beob- achte. Entsorgung : Kupfersulfat über Behälter S (Schwermetall- ionen, anderes: Restmüll) e Funktionen von Proteinen in Lebewesen – Transport : Proteine sind für viele Transportvorgänge in Lebewesen verantwortlich. So transportiert Hämoglobin O 2 und CO 2 im Blut. Eine Unzahl von Transportproteinen hilft beim aktiven und passiven Transport durch Membra- nen. – Schutz und Abwehr : Wichtige Bestandteile unseres Im- munsystems, die Antikörper, sind Proteine. Viele Lebewe- sen produzieren Giftstoffe, um sich zu verteidigen (oder auch anzugreifen). Diese bestehen häufig aus Proteinen (z. B. Schlangengifte). – Struktur und Bewegung : Knochen, Haut und Bindegewe- be enthalten die Strukturproteine der Kollagene. Haare, Nägel, Schuppen und Federn bestehen aus Keratinen. In Muskeln sind die Strukturproteine Aktin und Myosin, die durch Strukturveränderungen die Bewegung ermögli- chen, wichtig. – Katalysatoren : Ein großer Teil der 20.000 Proteine des Menschen sind Enzyme , sie fungieren als biologische Katalysatoren. Die Aktivierungsenergie der Reaktionen wird so weit gesenkt, dass diese bei Körpertemperatur ablaufen können. Viele dieser Enzyme sind in den Zellen aller Lebewesen vorhanden, einige sind sehr spezifisch für eine Art ( Info: Enzyme). – Informationstransport : Rezeptoren in der Zellmembran sind Proteine die dafür sorgen, dass Zellen auf Signale von außen reagieren können. Diese Signalproteine trans- portieren keinen Stoff durch die Membran sondern nur die Information. Oft geschieht dies indem sie ihre Struk- tur verändern. Auch viele Hormone sind Proteine. Sie sor- gen für Informationstransport über weitere Strecken im Organismus. – Speicherstoff : Bei langanhaltendem Hungerzustand kön- nen Proteine abgebaut werden um Energie frei zu setzen. Technische Verwendung von Proteinen Da Proteine eine wichtige Nahrungsquelle sind, werden sie im Bereich der Technik weniger als Massenprodukt sondern eher auf Grund sehr spezieller wertvoller Funktionen ver- wendet. So setzt man Enzyme in der Textil- und Waschmit- telindustrie ein. Hier werden vor allem Verdauungsenzyme eingesetzt. Die meisten dieser Enzyme werden heute bio- technologisch mit Hilfe von Mikroorgansimen produziert. Siehe dazu mehr im Kapitel 6. Früher wurden Proteine auch als Rohstoff für die Kunst- stoffherstellung oder in der Papierproduktion verwendet. Hier wurden sie zum Großteil von Erdölprodukten abgelöst. Heute versucht man wieder neue Anwendungsfelder für Eiweiße, vor allem für eiweißreiche Reststoffe der Pflan- zenölproduktion, zu finden. Die momentan übliche Ver- gärung und energetische Verwertung bringt nämlich nur eine geringe Wertschöpfung. Durch Reinigung und Auf- bereitung dieser Proteine können sie sowohl in der Lebens- mittelindustrie als auch bei Kosmetika als Stabilisatoren von Emulsionen genutzt werden. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv