thumb|Myoglobiinin 3D-rakenne, jossa on eri väreillä kuvattu α-heliksit. Tämän proteiinin rakenne saatiin selville röntgenkristallografian avulla. Proteiini eli valkuaisaine on aminohappoketjusta koostuva orgaaninen yhdiste tai usein monen toisiinsa liittyneen aminohappoketjun muodostama kompleksi. Proteiinit kuuluvat perusravintoaineisiin rasvojen ja hiilihydraattien kanssa. Lähes kaikilla tunnetuilla eliöillä proteiineja muodostavat samat 20 aminohappoa. Aminohapot ovat sitoutuneet toisiinsa peptidisidoksin. Aminohappoketjuja kutsutaan myös polypeptideiksi. Muutaman aminohapon ketju on oligopeptidi. Aminohappoketjujen katsotaan aina alkavan siitä päästä, jossa on vapaa aminoryhmä (nk. N-pää tai N-terminaali) ja loppuvan päähän, jossa on vapaa karboksyyliryhmä (nk. C-pää tai C-terminaali).
Proteiini on peräisin muinaiskreikan sanasta πρῶτος (prôtos, "ensimmäinen"). Termi esiintyi kirjallisuudessa ensimmäisen kerran vuonna 1838 ruotsalaisen kemistin Jöns Jacob Berzeliuksen kirjeessä hollantilaiselle kemisti Gerardus Johannes Mulderille.
Proteiinien tehtäviä Proteiinit ovat kaikkien solujen rakennusaineita. Niitä on useimpien solujen kuivamassasta yli 50 prosenttia. Rakennusaineina olemisen lisäksi proteiinit suorittavat lähes kaikki solun toiminnot ja ovat siten välttämättömiä elintoiminnoille. Proteiineja tarvitaan elimistössä sen typen, nesteen, hapon, emäksen sekä kaliumin ja natriumin tasapainon ylläpitämiseen. Proteiinit mahdollistavat solujen liikkumisen, yhteenliittämisen, signaalivälityksen ja immuunipuolustuksen. Ne myös säätelevät geenejä eli toimivat transkriptiotekijöinä. Jotkin proteiinit toimivat entsyymeinä.
Solukalvoissa sijaitsevat proteiinit toimivat kanavina ja pumppuina, joiden avulla säädellään pienten molekyylien kulkua solusta ulos ja sisään soluun, sekä reseptoreina, jotka välittävät viestejä solun ulkopuolelta solun sisälle. Proteiinit voivat olla ikään kuin molekulaarisia koneita: Solunsisäiset moottoriproteiinit, esimerkiksi kinesiini, huolehtivat molekyylien kuljetuksesta sytoplasmassa ja topoisomeraasit kykenevät muuttamaan DNA:n rakennetta. Proteiinit voivat erikoistua moniin vaihteleviin tehtäviin: Vasta-aineiksi mahdollistamaan elimistölle vieraiden kappaleiden ja solujen, esimerkiksi bakteerien ja virusten, tuhoamisen, toksiineiksi, hormoneiksi, kuten insuliini ja glukagoni, jäätymisenestoproteiineiksi, soluväliaineen elastisiksi säikeiksi tai luminesenssin lähteiksi. Proteiineja muodostuu elimistössä DNA:n koodaamina aminohapoista translaatiossa.
Luokittelu Proteiineja voidaan luokitella eri tavoin, ja monet proteiinit kuuluvat useampaan kuin yhteen alla esitellyistä luokista. Näille luokille voi olla myös omat alaluokkansa.
Muoto ja liukoisuus Muotoon ja liukoisuuteen perustuen proteiinit voidaan jakaa kuitumaisiin proteiineihin. Näistä monet eivät ole vesiliukoisia, tai liukene muihinkaan liuottimiin, kuten orgaanisiin liuottimiin, laimeisiin happoihin ja emäksiin. Nämä ovat usein rakenneproteiineja, ja voivat olla elastisia. Esimerkkejä: kollageenit, elastiinit, keratiinit ja fibroiinit. globulaarisiin proteiineihin. Nämä ovat pallomaisia. Näistä monet ovat vesiliukoisia ja ovat myös entsyymeitä. Esimerkkejä: sytokromi C ja hemoglobiini. kalvoproteiineihin. Nämä ovat solujen kalvoihin kiinnittyneitä proteiineja, joiden liukoisuus vaihtelee tyypin mukaan. Esim. kalvoon löyhästi kiinnittyneet eli perifeeriset proteiinit ovat vesiliukoisia. Kalvoon upottautuneissa proteiineissa taas on selkeitä rasvaliukoisia osia kalvon läpäisevissä kohdissa.
Kemia Kemiallisen rakenteen perusteella proteiinit voidaan jakaa yksinkertaisiin proteiineihin. Näissä ei ole kuin aminohappoja. Esimerkkejä: albumiinit, globuliinit, gluteliinit, prolamiinit (kuten gliadiini) ja protamiinit. heteroproteiineihin eli kompleksiproteiineihin eli konjugoituihin proteiineihin. Näiden rakenteessa on muitakin aineita, kuin aminohappoja. Heteroproteiinit voidaan jakaa edelleen mm. (lista ei ole täydellinen) glyko- ja mukoproteiineihin. Näihin on sitoutunut hiilihydraatteja. Glykoproteiineissa on suhteessa vähän hiilihydraatteja – esimerkki: vasta-aineet. Mukoproteiineissa on suhteessa paljon hiilihydraatteja – esimerkkejä: ovomukoidi ja musiinit. fosfoproteiineihin, joihin on sitoutunut fosfaatteja. Esimerkkejä: kaseiinit ja vitelliinit. kromoproteiineihin. Näihin on sitoutunut niille värin antavia kromofeja prosteettisiksi ryhmiksi. Esimerkkejä: myoglobiinit, hemoglobiinit ja kloroplastiinit (joissa on lehtivihreää). nukleoproteiineihin. Näissä on nukleosidejä. metalloproteiineihin. Näissä on metalli-ioneita. Esimerkkejä: hemoglobiinit, transferriinit ja keruloplasmiinit. lipoproteiineihin. Näissä on lipidejä. Esimerkkejä: LDL- ja HDL-hiukkaset.
Toiminta Toimintaan perustuen proteiinit voidaan jakaa mm. (lista ei ole täydellinen) entsyymeihin, joista lähes kaikki ovat globulaarisia. Nämä nopeuttavat (katalysoivat) ja mahdollistavat eliölle välttämättömiä kemiallisia reaktioita. Esimerkkejä: amylaasit, ureaasit ja katalaasit. kuljetin- eli transportteriproteiineihin. Nämä kuljettavat erilaisia aineita eliöissä. Esimerkki: hemoglobiini (kuljettaa veren happea ja hiilidioksia). ravinto- ja varastoproteiineihin. Nämä varastoivat aminohappoja tai muita aineita. Esimerkkejä: kaseiinit (varastoivat aminohappoja maidossa) ja ferritiinit (varastoivat eliöissä rautaa). rakenneproteiineihin, joista monet ovat kuitumaisia. Nämä muodostavat ja ylläpitävät eliön rakenteita kuten ihoa, kynsiä, höyheniä ja jänteitä. Esimerkkejä: kollageenit, elastiinit ja keratiinit. liikeproteiineihin. Nämä mahdollistavat eliön liikkeet. Esimerkkejä: aktiini, myosiini ja tubuliini. säätelyproteiineihin. Nämä osallistuvat fysiologisten ja solutoimintojen säätelyyn. Esimerkkejä: jotkin hormonit (kuten insuliini ja kasvuhormoni), G-proteiinit ja reseptorit. puolustusproteiineihin. Nämä suojaavat eliötä vaurioilta ja muilta eliöiltä. Esimerkkejä: vasta-aineet (ovat osa immuunipuolustusta), fibrinogeeni ja trombiini (2 jälkimmäistä osallistuvat veren hyytymiseen). myrkkyihin. Nämä ovat myös puolustusproteiineja. Esimerkkejä: risiini ja botuliini.
Muut Proteiineja luokitellaan monin eri tavoin niiden kolmiulotteisen muodon eli laskostumistavan mukaan. Nämä luokittelumenetelmät ovat osin subjektiivisia. Yksi tällainen hyvin yleinen menetelmä on SCOP-tietokannan (eng. Structural Classification of Proteins) käyttämä tapa, jossa luokittelu suoritetaan osin manuaalisesti ja se vaatii asiantuntijuutta. SCOP-luokittelussa proteiinit jaetaan "taksoneihin" rakenteen perusteella. Taksonit ovat ylimmästä alimpaan: luokka, laskos, superperhe ja perhe. Luokka-taksonin luokkia ovat mm. vain α-kierteitä sisältävät proteiinit ja vain β-levyjä sisältävät proteiinit.Buxbaum, s. 23–24
Entsyymien kohdalla yleinen ja yleispätevä luokittelutapa ovat niiden katalysoiman reaktion tyyppiin perustuvat EC-numerot.Buxbaum, s. 63–65
Proteiineja luokitellaan myös niiden evoluutiohistorian perusteella. Tätä kehityshistoriaa tutkii fylogenetiikka, jossa eräs proteiinien kehityshistorian esitystapa ovat proteiinien "sukupuut" eli fylogeneettiset puut.Buxbaum, s. 54–55
Ravinnon proteiinit Proteiinit ovat tärkeitä ravintoaineita, joita ihmisen täytyy saada ruokavaliosta solujen rakennusaineiksi, lihasmassan ylläpitämiseksi sekä proteiinin aiheuttamien puutostilasairauksien välttämiseksi. Urheilua harrastavat ja raskaana olevat tarvitsevat tavanomaista enemmän proteiinia.
Ihmisillä ja lukemattomilla eri eläinlajeilla tehdyissä tutkimuksissa on havaittu, että elimistö osaa säädellä syödyn ravinnon määrää saadakseen sopivan määrän proteiinia. Tällä on suuri vaikutus painonhallinnassa. Jos syötävän ruoka-aineen proteiinipitoisuus on pieni, kylläisyys saavutetaan vasta, kun ruoka-ainetta on syöty niin paljon, että proteiinia on tullut tarpeeksi, mikä aiheuttaa lihomista. Jos taas ruoka-aineessa on liikaa proteiinia, sitä syödään niin vähän, että eläimet laihtuvat lopulta liikaa. Tämä vältetään siten, että pedot syövät saaliistaan toisinaan pelkkää rasvakudosta.Jani Kaaro: Kannattaisi syödä kuin eläin. Tiede-lehti 13.1.2021. Sivut 44-49. Myöskään luonnonkansojen ruokavalio ei sisällä koskaan yli 45:tä energiaprosenttia proteiinia.
Tarve
Proteiinien tarve vaihtelee yksilöllisesti esimerkiksi iän ja fyysisen aktiivisuuden asteen mukaan. Ihmisten on havaittu nauttivan aiempaa enemmän proteiinia esimerkiksi siirtyessään fyysisesti kuormittaviin työtehtäviin. Myös urheilijoiden proteiinin tarve on tavallista suurempi. Raskaus ja imetys lisäävät huomattavan paljon proteiinin tarvetta.
Ihmisen keskimääräisestä proteiinintarpeesta annetut arviot vaihtelevat. Vuonna 2003 julkaistun tieteellisen tutkimusyhteenvedon mukaan 18–65-vuotiaiden keskimääräinen proteiinintarve olisi 0,65 grammaa painokiloa kohti vuorokaudessa.Meta-analysis of nitrogen balance studies for estimating protein requirements in healthy adults. https://tinyurl.com/r2va57ha Tämä luku näyttäisi olevan linjassa sen kanssa, että vuonna 2021 julkaistun yhdysvaltalaistutkimuksen mukaan kuolleisuus on muita suurempaa sillä väestönosalla, joka nauttii proteiinia alle 0,6 grammaa painokiloa kohden.
WHO suositti vuonna 1974 eläinperäisen proteiininsaannin turvalliseksi tasoksi miehille 0,57 grammaa proteiinia/painokilo ja naisille 0,52 g/kg. Suositus perustui muun muassa typpitasapainosta laadittuihin tutkimuksiin. Kyseisiä määriä pidettiin tuolloin riittävänä turvaamaan "lähes kaikkien" miesten ja naisten fysiologinen proteiinintarve. WHO:n asettama kansainvälinen asiantuntijapaneeli korotti riittävän saannin arvoa 0,83 grammaan vuonna 2007. Uusi arvo laskettiin sen mukaan, että se riittää kattamaan aikuisväestön proteiinintarpeen lähes 98 prosentissa tapauksia. Raskaana olevien ja imettävien naisten proteiinintarve on kuitenkin vielä suurempi.WHO Technical Report Series 935: PROTEIN AND AMINO ACID REQUIREMENTS IN HUMAN NUTRITION. Report of a Joint WHO/FAO/UNU Expert Consultation. https://apps.who.int/iris/bitstream/handle/10665/43411/WHO_TRS_935_eng.pdf?sequence=1&isAllowed=y
Yhdysvaltain kansallisen lääketieteellisen akatemian mukaan 0,8 grammaa proteiinia painokiloa kohti päivässä riittää yleensä terveille ihmisille. Sama taho on määritellyt, että proteiinia voidaan nauttia 10–35 energiaprosenttia, joka vastaa 71,5 kiloa painavalla vähän liikkuvalla keski-ikäisellä miehellä 263–920 kilokalorin proteiiniannosta eli 66–230 grammaa proteiinia (esimerkiksi 350–1200 grammaa keskimääräistä sianlihaa). Kuusikymmentäneljä kiloa painavalla naisella vastaavat luvut olisivat 53–184 grammaa proteiinia ja 280–974 grammaa sianlihaa.
Ranskan terveysviranomaisten vuonna 2007 julkaiseman selvityksen mukaan alle 60-vuotiaiden, ei-ylipainoisten, liikuntaa harrastamattomien, terveet munuaiset ja keskivertoenergiankulutuksen omaavien ihmisten proteiinintarve vaihtelisi välillä 0,83–2,2 grammaa/painokilo, joka vastaa 10–27 energiaprosenttia.Apport en protéines: consommation, qualité, besoins et recommandations (Proteiineista: kulutus, laatu, tarve ja suositukset) Agence francaise de sécurité sanitaire des aliments (Ranskan ravitsemusturvallisuusvirasto) 2007. Sivu 215. https://www.anses.fr/fr/system/files/NUT-Ra-Proteines.pdf Suomalaisten ravitsemussuositusten mukaan proteiinin osuuden työikäisen väestön energiansaannista tulisi olla 10–20 energiaprosenttia eli 63–125 g proteiinia ravinnon 2 500 kcal:a kohden. Vanhusten proteiininsaanniksi suositellaan 1,1–1,3 grammaa painokiloa kohden eli noin 80–100 grammaa päivässä.
Urheilijoille suositellaan proteiinia 1,2–2,0 g/kg päivässä. Proteiinin saanti on hyvä jakaa pitkin päivää. Sopiva kerta-annos proteiinia urheilijalle on tavallisesti 20–40 g välillä.
Saanti