Proteine (Eiweiße) – Funktionen im menschlichen Körper

Proteine (Eiweiße) gehören zu den zentralen funktionellen und strukturellen Makromolekülen des menschlichen Organismus. Sie sind essenziell (lebensnotwendig) für Aufbau, Erhalt und Erneuerung aller Zellen und Gewebe und übernehmen darüber hinaus eine Vielzahl hochspezialisierter Aufgaben in Stoffwechsel, Regulation, Signalübertragung, Immunabwehr und Hämostase (Blutstillung). Im Gegensatz zu Kohlenhydraten und Fetten dienen Proteine primär nicht der Energieversorgung, sondern erfüllen überwiegend strukturelle, enzymatische und regulatorische Funktionen. Erst bei unzureichender Energiezufuhr oder in katabolen Stoffwechsellagen (abbauenden Stoffwechselsituationen) wird Eiweiß in relevantem Umfang zur Energiegewinnung herangezogen; 1 g Protein liefert dabei etwa 4 kcal [1, 2].

Strukturelle und mechanische Funktionen

Ein erheblicher Anteil der Körpermasse besteht aus Strukturproteinen, die Zellen, Gewebe und Organe mechanisch stabilisieren und funktionell integrieren. Zu den wichtigsten Strukturproteinen zählen Kollagen, Elastin und Keratin (Hornsubstanzprotein). Kollagen stellt das mengenmäßig bedeutendste Protein des Körpers dar und ist Hauptbestandteil von Bindegewebe, Knochen, Sehnen, Bändern und der extrazellulären Matrix (Zellzwischenraum). Elastin verleiht Geweben wie Blutgefäßen und Lunge ihre elastischen Eigenschaften, während Keratin die strukturelle Grundlage von Haut, Haaren und Nägeln bildet [3].

Auch die Muskulatur ist funktionell und strukturell nahezu vollständig proteinbasiert. Kontraktile Proteine (zusammenziehbare Eiweiße) wie Aktin und Myosin ermöglichen die Muskelkontraktion und damit Bewegung, Haltung, Atmung sowie zahlreiche viszerale Funktionen (Funktionen der inneren Organe). Der kontinuierliche Auf- und Abbau dieser Proteine ist Voraussetzung für Anpassungsprozesse an Training, Immobilisation, Alterung und Krankheit [2, 5].

Enzymatische Funktionen

Nahezu alle biochemischen Reaktionen im menschlichen Körper werden durch Enzyme katalysiert, die fast ausschließlich aus Proteinen bestehen. Enzyme ermöglichen Stoffwechselprozesse unter physiologischen Bedingungen (normalen Körperbedingungen) und steuern Geschwindigkeit, Richtung und Regulation metabolischer Reaktionen (Stoffwechselvorgänge). Sie sind damit unverzichtbar für Verdauung, Energiegewinnung, Biosynthese (Aufbau körpereigener Stoffe), Entgiftung und Signaltransduktion (Weiterleitung von Signalen) [1, 5].

Die Funktion eines Enzyms ist direkt an seine dreidimensionale Proteinstruktur gebunden. Bereits geringe Veränderungen der Aminosäuresequenz (Abfolge der Eiweißbausteine) oder -faltung können zu erheblichen Funktionseinbußen führen. Dies erklärt die hohe Sensitivität enzymatischer Prozesse gegenüber Proteinmangel, Aminosäureimbalancen und genetischen Veränderungen.

Hormonelle und regulatorische Funktionen

Zahlreiche Hormone (Botenstoffe) sind Proteine oder Peptide (kurze Eiweißketten) und übernehmen zentrale regulatorische Aufgaben im endokrinen System (Hormonsystem). Beispiele sind Insulin (Blutzuckerhormon), Glucagon (Gegenspieler des Insulins), Wachstumshormon (Hormon für Wachstum und Regeneration), Prolaktin (Milchbildungshormon) sowie viele Hypothalamus- (Steuerzentrum im Gehirn) und Hypophysenhormone (Hormone der Hirnanhangsdrüse). Sie steuern unter anderem den Glucose- und Fettstoffwechsel, Wachstum und Entwicklung, Reproduktion (Fortpflanzung) sowie Anpassungsreaktionen an Belastung und Stress [2, 4].

Ferner fungieren Proteine als Rezeptoren, Signalproteine (Signalüberträger) und Transkriptionsfaktoren (Steuerproteine der Genaktivität) und sind damit integraler Bestandteil intrazellulärer (innerhalb der Zelle) und interzellulärer (zwischen Zellen) Kommunikationsprozesse. Diese Signal- und Regulationsfunktionen sind entscheidend für die Aufrechterhaltung der Homöostase (inneres Gleichgewicht) und die Anpassungsfähigkeit des Organismus an wechselnde innere und äußere Bedingungen [5].

Transport- und Speicherfunktionen

Proteine übernehmen im Blut und in den Zellen essenzielle Transport- und Speicherfunktionen. Hämoglobin (roter Blutfarbstoff) ermöglicht den reversiblen Transport von Sauerstoff und Kohlendioxid und ist damit Voraussetzung für die aerobe Energiegewinnung. Albumin, das mengenmäßig wichtigste Plasmaprotein (Eiweiß im Blutplasma), transportiert Fettsäuren, Hormone, Bilirubin (Gallenfarbstoff) und zahlreiche Arzneistoffe und trägt wesentlich zur Aufrechterhaltung des kolloidosmotischen Drucks (Flüssigkeitsgleichgewicht im Blut) bei [3].

Speicherproteine dienen der kontrollierten Bereitstellung essenzieller Substrate (lebensnotwendiger Ausgangsstoffe). Ferritin (Eisenspeicherprotein) speichert Eisen in löslicher, nicht-toxischer Form und stellt es bedarfsgerecht für Erythropoese (Bildung roter Blutkörperchen) und Zellstoffwechsel zur Verfügung. Auch Myoglobin (Sauerstoffspeicher im Muskel) fungiert als intrazellulärer Sauerstoffspeicher in der Muskulatur.

Immunologische Funktionen

Das Immunsystem ist in hohem Maße proteinabhängig. Antikörper (Immunglobuline; Abwehrstoffe) sind hochspezifische Proteine, die pathogene Mikroorganismen (krankheitserregende Keime) erkennen, neutralisieren und deren Eliminierung ermöglichen. Ergänzt wird diese Funktion durch zahlreiche weitere Immunproteine, darunter Komplementfaktoren (Bestandteile des Abwehrsystems), Zytokine (Botenstoffe des Immunsystems) und Akute-Phase-Proteine (Eiweiße der Entzündungsreaktion), die Entzündungsreaktionen steuern und modulieren [4].

Eine unzureichende Proteinzufuhr beeinträchtigt nachweislich die Immunfunktion und erhöht die Anfälligkeit für Infektionen. Umgekehrt steigt in Phasen immunologischer Aktivierung der Protein- und Aminosäurebedarf deutlich an [1, 4].

Gerinnungs- und Wundheilungsfunktionen

Die Blutgerinnung beruht auf einer komplexen Kaskade proteolytischer Reaktionen (aufeinanderfolgender Eiweißreaktionen), an denen zahlreiche Gerinnungsfaktoren beteiligt sind. Diese überwiegend proteinbasierten Faktoren ermöglichen die rasche Blutstillung nach Verletzungen und sind zugleich eng reguliert, um pathologische Thrombosen (krankhafte Blutgerinnsel) zu vermeiden.

Auch die Wundheilung ist ein proteinabhängiger Prozess. Struktur- und Enzymproteine, Wachstumsfaktoren (zellstimulierende Botenstoffe) und Zytokine steuern Zellproliferation (Zellvermehrung), Matrixbildung (Aufbau des Zellzwischenraums) und Geweberegeneration. Eine adäquate Proteinversorgung ist daher Voraussetzung für eine effiziente Heilung nach Verletzungen, Operationen und entzündlichen Prozessen [3].

Proteine als Energiequelle – nachgeordnete Funktion

Obwohl Proteine einen energetischen Brennwert von etwa 4 kcal/g besitzen, ist ihre Nutzung zur Energiegewinnung physiologisch nachrangig. Erst bei Energiemangel, längeren Fastenperioden oder ausgeprägten katabolen Zuständen (starken Abbausituationen) werden Aminosäuren (Eiweißbausteine) vermehrt zur Gluconeogenese (Neubildung von Zucker) und oxidativen Energiegewinnung (Energieerzeugung durch Verbrennung) herangezogen. Dieser Prozess geht zwangsläufig mit dem Abbau funktioneller Körperproteine, insbesondere der Skelettmuskulatur, einher und ist langfristig mit funktionellen Nachteilen verbunden [1, 2].

Ernährungsmedizinische Einordnung

Die Vielzahl der beschriebenen Funktionen verdeutlicht, dass Proteine weit über ihre Rolle als Nährstoff hinausgehen. Sie sind strukturelle Grundlage, funktionelle Katalysatoren (Reaktionsbeschleuniger) und regulatorische Schlüsselmoleküle (zentrale Steuerstoffe) des menschlichen Körpers. Für die ernährungsmedizinische Praxis bedeutet dies, dass sowohl eine ausreichende Proteinmenge als auch eine hohe Proteinqualität mit adäquatem Aminosäureprofil essenziell sind, um Strukturintegrität, Stoffwechselstabilität, Immunfunktion und Anpassungsfähigkeit langfristig zu sichern [1-5].

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Literatur

1. Calvez J, Poupin N, Chesneau C et al.: Protein quality, nutrition and health. Front Nutr. 2024;11:1406618. https://doi.org/10.3389/fnut.2024.1406618
2. Wolfe RR: Consideration of the role of protein quality in determining protein requirements. Front Nutr. 2024;11:1389664. https://doi.org/10.3389/fnut.2024.1389664
3. Ajomiwe N, Ahmed S, Sharma M et al.: Protein nutrition: understanding structure, digestibility, and bioavailability of proteins in foods. Foods. 2024;13(11):1771. https://doi.org/10.3390/foods13111771
4. Ferrari L et al.: Animal- and plant-based protein sources: a scoping review of human health outcomes. Nutrients. 2022;14(23):5115. https://doi.org/10.3390/nu14235115
5. Ling ZN, Chen Y, Chen Y et al.: Amino acid metabolism in health and disease. Signal Transduct Target Ther. 2023;8:345. https://doi.org/10.1038/s41392-023-01569-3