Nachweis von Proteinen

Nachweis von Proteinen – Chemie

Proteine haben neben ihrer Funktion als Eiweißlieferant in Nahrungsmitteln auch unzählige weitere Funktionen in allen lebenden Organismen. Dies macht sie zu einem wichtigen Grundbaustein für den menschlichen Körper. In den folgenden Abschnitten ist der qualitative Nachweis von Proteinen einfach erklärt.

Was sind Proteine und womit kann man Proteine nachweisen? – Definition

Proteine (Chemie), auch Eiweiße genannt, sind Biopolymere, die aus Aminosäuren aufgebaut sind. Die Aminosäuren sind dabei über Peptidbindungen zu mehr oder weniger langen Ketten verbunden. Je nach Länge der Kette spricht man von Di-, Tri-, …, Oligo- oder Polypeptiden. Die Länge der Kette kann bei den Nachweisreaktionen eine wichtige Rolle spielen. Zu den wichtigen Nachweisreaktionen gehören die Xanthoproteinreaktion, die Biuretreaktion, die Ninhydrinreaktion, die Millonreaktion sowie die Nachweise nach Lowry und Bradford und die BCA-Methode.

Nachweis von Proteinen mit der Xanthoproteinreaktion

Beim Nachweis von Proteinen mit der Xanthoproteinreaktion reagiert das Protein mit Salpetersäure. Ein gelber Farbumschlag bestätigt dabei die Anwesenheit von Proteinen. Dieser Nachweis ist auf das Vorhandensein der aromatischen Aminosäuren Phenylalanin, Tyrosin und Tryptophan angewiesen, da die Salpetersäure hier nur mit den Benzolringen dieser drei Aminosäuren reagiert.
Es findet eine Nitrierung statt. Dabei wird ein Wasserstoffatom am Benzolring durch eine Nitrogruppe ($\ce{NO2}$) ersetzt. Je nachdem wie viele der oben genannten Aminosäuren im Protein enthalten sind, kann es über die Gelbfärbung hinaus auch zu einer braunen Farbe kommen.

Xanthoproteinreaktion – Reaktionsgleichung

Die Reaktionsgleichung der Xanthoproteinreaktion sieht wie folgt aus:

Nachweis von Proteinen mit der Biuretreaktion

Der Eiweißnachweis mit der Biuretreaktion dient der Auswertung des Proteingehalts einer Probe. Er ist genau genommen aber ein Nachweis für die Peptidbindungen in Proteinen. Für diesen Nachweis wird zur untersuchten Probe zunächst Natronlauge hinzugegeben, um das Medium basisch zu machen. Anschließend werden Kupferionen $(\ce{Cu^{2+}})$ in Form von Kupfersulfat $(\ce{CuSO4})$ zugegeben. Wenn Proteine in der Lösung vorhanden sind, kommt es so zu einem violetten Farbumschlag. Die violette Farbe entsteht durch die Bildung eines Chelatkomplexes aus den Peptidbindungen und den Kupferionen.

Biuretreaktion – Reaktionsgleichung

Die Reaktionsgleichung der Biuretreaktion sieht wie folgt aus:

Nachweis von Proteinen mit der Ninhydrinreaktion

Der Nachweis von Proteinen mit der Ninhydrinreaktion ist eigentlich eine Nachweisreaktion für Aminosäuren. Hier reagieren die Aminogruppen $(\ce{NH2})$ der Aminosäuren mit dem Reagenz Ninhydrin unter Abspaltung von $\ce{CO2}$, $\ce{H2O}$ und einem Aldehyd zu einem Imin. Da nur die Endgruppen (Aminogruppen) reagieren, funktioniert diese Nachweisreaktion nur für kurzkettige Peptide, nicht aber für langkettige Polypeptide. Das Molekül, das bei dieser Reaktion entsteht, ist ein Farbstoff namens „Ruhemanns Purpur“ und hat eine violette Farbe. Diese Farbe kommt durch konjugierte Doppelbindungen im Molekül zustande. Eine violette Färbung der untersuchten Probe ist somit ein Nachweis für die Anwesenheit von Aminosäuren oder kurzkettigen Peptiden.

Nachweis von Proteinen mit der Millonreaktion

Die Millonreaktion ist ein Nachweis für die Aminosäure Tyrosin. Bei dieser Nachweisreaktion versetzt man die Probe mit einer Mischung aus salpetriger Säure $(\ce{HNO2})$ und Quecksilbernitrat $\ce{Hg(NO3)2}$. Es bildet sich anschließend ein Komplex aus einem Quecksilberion $(\ce{Hg^{2+}})$ und zwei Tyrosinmolekülen. Dieser Komplex hat eine karminrote Farbe. Somit ist die Entstehung einer karminroten Verfärbung ein Nachweis für tyrosinhaltige Proteine. Ein Nachteil dieser Reaktion ist, dass auch andere Moleküle mit phenolischen OH-Gruppen, wie zum Beispiel Thymol, einen solchen Komplex bilden können.

Wie kann man Proteine noch nachweisen?

Neben den bisher genannten Methoden gibt es noch drei weitere Möglichkeiten zum Nachweis von Proteinen in der Chemie. Bei allen folgenden Reaktionen deutet ein blauer Farbumschlag auf das Vorhandensein von Proteinen hin.

Beim Nachweis nach Lowry werden nach der Bildung des Komplexes aus der Biuretreaktion die $\ce{Cu^{2+}}$-Ionen zu $\ce{Cu^{+}}$-Ionen reduziert. Diese können anschließend Molybdän- und Wolfram-Heteropolysäuren reduzieren. Dies führt zur Bildung von Molybdänblau.

Für die BCA-Methode werden der Probe ebenfalls $\ce{Cu^{2+}}$-Ionen zugesetzt. Diese werden durch das Protein zu $\ce{Cu^{+}}$-Ionen reduziert. Die $\ce{Cu^{+}}$-Ionen bilden mit der Bicinchoninsäure einen blauen Komplex.

Die Durchführung des Nachweises nach Bradford beginnt mit der Zugabe des Farbstoffs Coomassie-Brilliant Blue zur Probe. Dieser bildet dann, wie bei den zwei vorherig genannten Nachweisen, auch einen blauen Komplex mit den Proteinen aus der Probensubstanz.

Zusammenfassung – Nachweise von Proteinen

Im Folgenden werden die wichtigsten Nachweismethoden für Proteine nochmals kurz zusammengefasst.

Im Anschluss an das Video und diesen Text findest du Übungsaufgaben und Arbeitsblätter zum Nachweis von Proteinen, um dein erlerntes Wissen zu überprüfen. Viel Spaß!