Aromatische Aminosäuren - Beschreibung und Wirkung der Eiweißbausteine

Aminosäuren sind als Bausteine für Proteine (Eiweiße) unentbehrlich für den menschlichen Körper und andere lebende Organismen. Denn Proteine dienen als wichtige Stoffe für den Aufbau von zellulären und extrazellulären Strukturen.

Es gibt unter den zahlreichen Aminos 20 Säuren proteinogene Aminosäuren, die beim Menschen eiweißbildend wirken. Acht dieser Eiweißbausteine kann der menschliche Organismus nicht selbst herstellen, sodass sie regelmäßig mit der Nahrung aufgenommen werden müssen. Sie werden deshalb auch als unentbehrliche oder essentielle Aminosäuren bezeichnet.

Warum Eiweiße so wichtig für den Körper sind

In den Zellen sämtlicher Lebewesen kommen makromolekulare Stoffe vor, die auf Grund ihrer Eigenschaften und ihres chemischen Aufbaus dem Eiweiß in Vogeleiern ähneln. Deshalb werden sie als Eiweißstoffe bezeichnet. Das Fremdwort "Protein" leitet sich vom griechischen Wort "proteios" für "der Erste" oder "der Wichtigste" ab. Das gibt uns bereits einen Hinweis auf die Bedeutung der Eiweiße für lebende Organismen. Vergleichbar mit den Kohlenhydraten erledigen Proteine eine große Zahl wichtiger Aufgaben innerhalb des Körpers. Proteine sind allerdings makromolekular aufgebaut und ihre Bausteine sind die Aminosäuren.

Die wichtigsten Aufgaben der Eiweiße sind:

• die enzymatische Katalyse
• Transport und Speicherung
• die koordinierte Bewegung
• mechanische Stützfunktionen
• die Stärkung des Immunsystems
• die Auslösung und Übertragung von Nervenimpulsen
• Wachstumskontrolle und Zelldifferenzierung

1. Enzymatische Katalyse

   Nahezu sämtliche chemischen Reaktionen im Körper erfolgen durch bestimmte Makromoleküle, die wir als Enzyme bezeichnen und überwiegend aus Proteinen bestehen. Deshalb wird auch von einer enzymatischen Katalyse gesprochen. Manche dieser Vorgänge sind einfach, andere - wie die Vervielfältigung eines DNA-Stranges - hingegen sehr kompliziert. Im lebenden Organismus gibt es nur sehr wenige chemische Prozesse, die ohne Enzyme ablaufen. Somit kommt ihnen eine besondere Bedeutung zu.

2. Transport und Speicherung

   Eine besondere Gruppe von Proteinen ist für den Transport kleiner Moleküle und Ionen zuständig. Zum Beispiel dient etwa das bekannte Hämoglobin als Sauerstoffträger in den roten Blutkörperchen (Erythrozyten). Das damit verwandte Protein Myoglobin übernimmt diese Aufgabe in den Muskeln. Eisen wiederum wird durch Transferrin im Blutplasma bewegt und in der Leber zusammen mit Ferritin in einem Komplex gespeichert.

3. Koordinierte Bewegung

   Proteine bilden den wesentlichen Bestandteil des Muskelgewebes. Dessen Kontraktionen werden durch zwei verschiedene Arten von Filamenten vollzogen, die ebenfalls aus Eiweißen bestehen. Selbst mikroskopisch kleine Bewegungen wie die Fortbewegung von Samenzellen oder die Chromosomenwanderung während der Zellkernteilung (Mitose) beruhen auf Proteinen. 

4. Mechanische Stützfunktionen

   Knochen und Haut des Menschen weisen eine hohe Zugfestigkeit auf. Diese wird gewährleistet durch das bekannte Kollagen, das ebenfalls ein (Faser-)Protein ist.

5. Stärkung des Immunsystems

   Eine höchst spezifische Gruppe von Proteinen stellen die Antikörper im Organismus dar. Sie sind in der Lage, Viren, Bakterien sowie körperfremde Zellen anderer Organismen zu erkennen, zu binden und unschädlich zu machen.

6. Auslösung und Übertragung von Nervenimpulsen

   Werden bestimmte Reize - Kälte, Hitze, Schmerz und andere - an die Nervenzellen herangetragen, antworten diese mit Hilfe sogenannter Rezeptorproteine. Ein Beispiel ist Rhodopsin in den Stäbchen der Netzhaut im Auge, das dort als Photorezeptor dient. Andere Rezeptoreiweiße können durch Moleküle wie Acetylcholin stimuliert werden. Sie regeln die Übertragung von Nervenimpulsen an den Verbindungen (Synapsen) der Nervenzellen untereinander.

7. Wachstumskontrolle und Zelldifferenzierung

   Wir benötigen Eiweiße in unserem Körper ebenfalls für die Differenzierung der verschiedenen Körperzellen und deren ordnungsgemäßes Wachstum auf Grundlage der vorhandenen genetischen Informationen. Wir bezeichnen sie deshalb als "Wachstumsfaktorproteine". Die Ausbildung neuronaler Netzwerke beispielsweise wird von einem "Nervenwachstumsfaktor" gesteuert. Andere Zellaktivitäten erfahren eine Koordination durch Hormone. Der größte Teil all dieser Substanzen sind Proteine, darunter etwa Insulin. Generell verstehen wir Proteine in den Zellen als Sensoren, die den Energie- und Materiefluss lenken.

Komplexes Zusammenspiel der Proteine

Die Aufgabenliste der Proteine ist nicht vollständig. Das liegt unter anderem daran, dass das Zusammenspiel der einzelnen Eiweiße sehr komplex ist. Von der Wissenschaft konnte es bisher nur andeutungsweise beschrieben werden. Die Fachsprache bezeichnet die Gesamtheit aller Proteine und deren Interaktion im Organismus als "Proteom". Vergleichbar mit dem Begriff "Genom" für sämtliche Gene im Körper. Da die lebenswichtigen Proteine aus mindestens einer Aminosäure generiert werden, können wir entsprechende Rückschlüsse auf die Versorgung mit den kleinen Eiweißbausteinen ziehen. Knapp zusammengefasst, lässt sich sagen: Ohne Aminosäuren Proteine gibt es keine ordnungsgemäße Steuerung und Kontrolle der lebensnotwendigen Körper- bzw. Stoffwechselfunktionen.

Warum die ausreichende Versorgung mit Aminosäuren wichtig ist

Bevor wir auf die genannten Aufgaben im Einzelnen eingehen, noch einige Anmerkungen zum Zusammenspiel von Aminosäuren und Proteinen. Da die Proteine lebenswichtig sind und aus Aminosäuren gebildet werden, liegt es auf der Hand, wie wichtig wiederum Letztere sind. Sobald auch nur eine Aminosäure im Körper nicht vorhanden ist, werden alle Proteine in ihren Funktionen beeinträchtigt. Deshalb kann ein permanenter Mangel schädliche Konsequenzen für die Gesundheit haben. Zu den häufigsten Folgeerscheinungen für einen Aminosäuren Mangel gehören eine erhöhte Anfälligkeit für:

• Infektionen,
• Gelenkbeschwerden,
• Defizite beim Aufbau der Muskeln sowie
• ein allgemeiner Leistungs- und Konzentrationsabfall.

Auch einige Zivilisationskrankheiten wie Diabetes oder Übergewicht ließen sich auf eine Stoffwechselstörung und somit auf eine Mangelversorgung mit Aminosäuren zurückführen. Um dies festzustellen, können Mediziner eine Analyse Ihres Aminosäurengehalts vornehmen, mit der die gegebene Konzentration in Ihrem Organismus ermittelt wird. Umgekehrt ist zu beachten, dass auch - ähnlich wie bei Vitaminen - eine Überversorgung mit den kleinen Proteinbausteinen der Gesundheit schaden könnte.  Wer eine Aminosäuren Nahrungsergänzung zu sich nimmt, sollte deshalb jederzeit auf die richtige Dosierung schauen. Eine zu hohe Konzentration über längere Zeiträume kann sich beispielsweise negativ auf die Nieren oder die Leber auswirken.

 

Aromatische Aminosäuren

Als aromatisch bezeichnen wir Aminosäuren, wenn sie eine entsprechende Seitenkette in ihrer chemischen Struktur aufweisen. Hier besprechen wir ihre Eigenschaften und Vorkommen. Es gibt vier aromatische Aminosäuren:

1. Phenylalanin,
2. Tyrosin,
3. Tryptophan und
4. Histidin (wobei diese zum Teil auch den Eiweißbausteinen mit basischer Seitenkette zugeordnet wird).

Die ersten drei aromatischen Vertreter in dieser Liste besitzen in ihrer chemischen Struktur einen Benzolring in der Seitenkette. Eine Ausnahme bildet Histidin, das hier einen Imidazolring aufweist.

1. Phenylalanin

Phenylalanin ist eine essentielle Aminosäure und eine Vorstufe von Tyrosin, aus der wiederum Hormone und andere wichtige Stoffe wie Adrenalin gebildet werden. Vor allem Säuglinge benötigen in den ersten Lebensmonaten eine hohe tägliche Zufuhr. Mit zunehmendem Alter wird der Bedarf deutlich geringer. Das aromatische Phenylalanin kommt besonders in folgenden Nahrungsmitteln vor:

• getrockneten Sojabohnen
• getrockneten Erbsen
• Kürbiskernen
• Walnüssen
• Geflügel
• Schweinefleisch
• Lachs

2. Tyrosin

Da Tyrosin aus Phenylalanin gebildet wird, gilt diese Aminosäure zwar auch als aromatisch, zählt aber zu den nicht-essentiellen Proteinbausteinen. Sie wird allerdings essentiell, sobald es zu einem Mangel an Phenylalanin kommt. Dies ist bei der Erkrankung Phenylketonurie der Fall. Es handelt sich dabei um eine Stoffwechselkrankheit auf Grund eines Enzymmangels, bei der Phenylalanin nicht abgebaut werden kann. Dadurch staut es sich im Körper auf. Deshalb entstehen zum einen neurologische Folgeschäden. Zum anderen kann der Organismus weder Tyrosin noch die daraus synthetisierten Stoffe produzieren. Als Konsequenz ist ein Verzicht auf phenylalaninhaltige Lebensmittel bei gleichzeitiger Zufuhr von Tyrosin erforderlich. Tyrosin ist verantwortlich für die Produktion von Adrenalin und Noradrenalin, welche die Herzfrequenz und den Blutdruck steigern. Außerdem ist diese aromatische Aminosäure Ausgangsmaterial für bestimmte Schilddrüsenhormone, die den Stoffwechsel und den Grundumsatz beeinflussen. Auch die Neurotransmitter Dopamin und L-Dopa entstehen aus Tyrosin. Sie sind zuständig für

• Signalübertragungen im Gehirn,
• für Gedächtnis und Konzentration sowie
• die Bewegungssteuerung.

Steht dem Körper nicht ausreichend Tyrosin zur Verfügung, kommt es nicht nur zu einer Absenkung der genannten Stoffe. Auch die Substanz Melanin, die für die Pigmentierung von Haut, Augen und Haaren benötigt wird, kann dann nicht mehr ausreichend produziert werden. Außerdem ist Tyrosin als aromatischer Proteinbaustein ein struktureller Bestandteil von Insulinrezeptoren und deshalb für die Insulin-Signalübertragung entscheidend.

3. Tryptophan

Das aromatische Tryptophan ist eine essentielle Aminosäure und eine Vorstufe von Niacin, das für den Energiestoffwechsel eine große Bedeutung hat. Weiterhin gilt Tryptophan als Grundprodukt für die Hormone Melatonin und Serotonin. Letzteres ist auch als Glückshormon bekannt. Ein Mangel daran könne zu Depressionen sowie einem verringerten Schmerzempfinden führen. Umgekehrt löse ein überhöhtes Maß innere Unruhe, Angstzustände und ebenfalls Depressionen aus. Serotonin ist zudem förderlich für die Blutgerinnung und hat eine leichte appetitzügelnde Wirkung. Zusammen mit Melatonin reguliert es die menschlichen Schlaf-Wach-Zustände. Melatonin wiederum wird unmittelbar aus Serotonin generiert. Das Hormon unterstützt das Einschlafen und ist verantwortlich für einen erholsamen Schlaf. Während der Tiefschlafphase erreicht es seinen Höchststand im Blutkreislauf. Demnach könnten Aminosäuren bei Schlafstörungen positiv wirken. Das für alle genannten Substanzen bedeutende Tryptophan finden Sie vor allem in folgenden Nahrungsquellen:

• Sojabohnen
• getrockneten Erbsen
• Cashewnüssen
• Kakao
• Schweinefleisch
• Geflügel
• Lachs

Ähnlich wie beim Phenylalanin sind besonders Säuglinge auf eine - im Vergleich zu Erwachsenen - hohe Tageszufuhr angewiesen.

4. Histidin

Histidin zählt zu den essentiellen Aminosäuren und wird wie Phenylalanin und Tryptophan ebenfalls in größerem Maße von Säuglingen und Kleinkindern benötigt. Den Proteinbaustein finden Sie zum Beispiel in:

• getrockneten Sojabohnen
• getrockneten Erbsen
• Weizenkeimen
• Rindfleisch
• Thunfisch
• Lachs

Histidin ist grundlegend für die Bildung von Histamin, einer hormonähnlichen Substanz, die im menschlichen Körper für zahlreiche Funktionen verantwortlich ist. Dazu zählen beispielsweise die Muskelkontraktionen von Bronchien und Gebärmutter. Histamin habe eine erweiternde Wirkung auf die Blutgefäße, fördert die Ausschüttung von Magensaft und regt die Darmperistaltik an. Eine gesteigerte Histaminproduktion zeigt sich bei allergischen Reaktionen, starker Sonneneinstrahlung oder Verbrennungen. Die Substanz sorge in solchen Fällen für eine verstärkte Durchblutung, die sich optisch als Hautrötung äußert.

 

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