Proteinogene Aminosäuren

Der menschliche Organismus kommt ohne Proteine (Eiweiße) nicht aus. Sie übernehmen zahlreiche Funktionen in unserem Körper und gelten als ungemein wichtig für den Aufbau von Zellen. Ein Protein ist der wesentliche Grundbaustein von Zellen im menschlichen Körper. Dies umfasst die Muskeln, das Gehirn, die Organe, die Knochen, die Haare oder auch die Nägel. Ohne die Zufuhr von Proteinen bilden sich keine Zellen.

In der Fachliteratur werden Proteine oftmals als natürliche Makromoleküle angesehen. Dabei benötigen sie selbst proteinogene Aminosäuren als Baustein. Wir zeigen Ihnen in diesem Artikel, wie wichtig und vielfältig diese Aminosäuren als entscheidende Bausubstanz für Proteine sind.

Proteine unterscheiden sich in ihrer Form

Es gibt diesbezüglich verschiedene Arten von Proteinen. Auffällig sind insbesondere die Vielfalt und die verschiedenen Aufgabenfelder.

• Strukturproteine finden Sie in allen Zellkompartimenten. Dies ist die Bezeichnung der verschiedenartigen Räume einer Zelle. Sie dienen als Gerüststoffe in den Zellen und Geweben.
• Motorproteine gewährleisten intrazellulär den Transport von Vesikeln, die für viele Prozesse innerhalb der Zellen wichtige Komponenten darstellen.
• Die sogenannten Signalproteine übermitteln und empfangen Informationen. Diese Signale werden von den Zellmembran-Rezeptoren an den Zellkern übertragen.
• Eine große Bedeutung für den menschlichen Organismus haben auch Enzymproteine. Diese fungieren als eine Art biologischer Katalysator und sorgen für einen reibungslos ablaufenden Energie- und Baustoffwechsel.
• Zudem binden die sogenannten Transport- und Speicherproteine Sauerstoff. Diese Art von Proteinen befördert den Sauerstoff dann genau dorthin, wo Bedarf besteht.

Chemische Besonderheiten als Unterscheidungsmerkmale

Unterschieden werden nicht-proteinogene Aminosäuren und proteinogene Aminosäuren.

Über 250 nicht-proteinogene Aminosäuren kommen in unserem Organismus vor, wobei diese sich nicht in Proteinen nachweisen lassen. Deshalb gelten sie als nicht-proteinbildend bzw. nicht-proteinogen sind.

Die 22 sogenannten proteinogenen Aminosäuren können Proteine erzeugen. Sie kommen diesbezüglich bei der Proteinsynthese zum Einsatz. Unser Körper kann die meisten dieser proteinogenen Aminosäuren selbst produzieren, die anderen müssen wir unserem Körper zuführen.

Die Unterschiede zwischen den beiden werden vor allem an den jeweiligen chemischen Besonderheiten deutlich. Außerdem bauen sich Proteine strukturell verschiedenartig auf.

Proteinogene Aminosäuren sind allesamt miteinander verknüpft. Dabei handelt es sich um eine spezielle Form der Bindung, die als Peptidbindung bekannt ist. Diese spezielle Bindung kann entstehen, da jede Säure in dieser Form sowohl eine Aminogruppe als auch eine Carboxylgruppe enthält.

Aminosäuresequenz – individueller Bauplan für Proteine

Bei einer proteinogenen Aminosäure handelt es sich um eine organische Carbonsäure, die über mindestens eine Aminogruppe verfügt. Da die proteinogene Aminosäure für den Aufbau von Proteinen zuständig ist, besteht hier eine außerordentlich große biologische Relevanz. Vom Aufbau her bestehen Proteine aus peptidisch aneinander geknüpften Aminosäurebausteinen mit unterschiedlich langen Abfolgen. Diese besondere Zusammensetzung wird als Aminosäuresequenz bezeichnet.

Die Sequenz stellt für jedes einzelne Protein ein individuelles Charakteristikum dar, das als ein persönlicher Bauplan fungiert. Die Anzahl der verknüpften Aminosäurebausteine variieren von Protein zu Protein. Einige weisen einige hundert Bausteine auf, während andere Eiweiße sogar aus über 1.000 Aminosäurebausteinen bestehen. Das Muskelprotein Titin gilt mit seinen rund 30.000 Bausteinen als das längste bekannte Protein. Dementsprechend komplex präsentiert sich dann auch die vorliegende Aminosäuresequenz.

Einteilung in vier verschiedene Untergruppierungen

Insgesamt 21 proteinogene Aminosäurevarianten sind mittlerweile bekannt. Die einzelnen proteinogenen Säuren unterteilen sich in vier Kategorien:

1.  polare Seitenketten

In diese proteinogenen Untergruppierung lassen sich Asparagin, Cystein, Glutamin, Selenocystein, Serin, Threonin sowie Tyrosin einordnen. Aus chemischer Sichtweise liegt in den Molekülen dabei eine ungleichmäßige Ladungsverteilung vor. Aus medizinischer Sicht legen polare Seitenketten die Ausrichtung der Zellen fest.

2. unpolare Seitenketten

Hierzu zählen die proteinogenen Aminosäuren Alanin, Glycin, Isoleucin, Leucin, Methionin, Prolin, Phenylalanin, Tryptophan und Valin. Eine Aminosäure aus dieser Gruppe gibt einem Protein hydrophobe Eigenschaften. Dadurch sind Proteine nicht im Wasser, dafür aber in den meisten Fällen in Öl und Fett gut lösbar. In diesem Zusammenhang wird auch von Lipophilie gesprochen.

3.  basische Seitenketten

Die Aminosäureversionen Arginin, Histidin und Lysin lassen sich in diese Kategorie einordnen. Sie besitzen einen sogenannten Protonenakzeptor – also eine Base – in den Seitenketten und reagieren in Lösungen basisch. Zumeist besitzen sie eine zusätzliche Aminogruppe.

4. saure Seitenketten

In dieser Untergruppierung befinden sich mit Aspartat und Glutamat lediglich zwei proteinogene Aminosäureversionen. Als besonderes Merkmal dieser beiden Säuren ist der in der Struktur vorhandene Protonendonator anzusehen. Hierbei handelt es sich um einen besonderen Stoff, der Protonen an eine Säure mit entsprechendem Protonenakzeptor übertragen kann. Dieser Vorgang nennt sich Protolyse.

Diese proteinogenen Aminosäuren produziert Ihr Körper nicht

Werden die proteinogenen Aminosäuren nicht selbstständig vom menschlichen Körper in ausreichender Menge oder auch überhaupt nicht produziert, entsteht ein Bedarf. Der wird ausgeglichen, indem Sie die jeweiligen Aminosäuren über die Nahrung respektive über Präparate zur Nahrungsergänzung zu sich nehmen. Dabei wird zwischen essenziellen und semi-essenziellen Aminosäuren unterschieden.

Die folgenden acht Säuren kann Ihr Organismus nicht selbst produzieren. Diese werden daher essenzielle Aminosäuren genannt. Wissenschaftler und Mediziner haben klar definiert, welche Mengen einer proteinogenen Aminosäure dem Körper zugeführt werden sollten. Die Werte sind immer pro Kilogramm Gewicht und pro Tag zu verstehen.

• Leucin: 10 bis 50 Milligramm (mg)
• Isoleucin: 20 mg
• Lysin: 30 bis 64 mg
• Phenylalanin: 38 bis 52 mg
• Threonin: 16 mg
• Tryptophan: 4 mg
• Methionin: 21 mg
• Valin: 26 mg

Proteinogen und semi-essenziell: Arginin und Histidin

Demgegenüber zählen Arginin und Histidin zu den semi-essenziellen Varianten der Aminosäure. Der Körper synthetisiert diese Stoffe zwar, allerdings unter Umständen nicht in ausreichendem Maße. Daher sollten Sie auch diese für den Aufbau von Proteinen wichtigen Stoffe zusätzlich über die Nahrung aufnehmen. Mit zunehmendem Alter wächst die Bedeutung dieser proteinogen ausgerichteten Komponenten für den Zellenaufbau und damit für Ihren Körper.

Sie fungieren als wichtige Hilfsmittel zur Bekämpfung oder Eindämmung von Stress sowie von bestimmten Krankheiten. Zudem spielen sie auch beim gezielten Muskelaufbau und beim Muskelerhalt eine entscheidende Rolle. Die empfohlene Tagesmenge pro Kilogramm Gewicht liegt beim Arginin zwischen einem und fünf Gramm. Beim Histidin werden zehn Gramm angegeben.

Die Proteinentfaltung ist nicht automatisch gesichert

Bei der Einteilung in Gruppen spielen die Ladung (positiv oder negativ) eine wesentliche Rolle. Wichtig sind zudem die Größe sowie die Hydrophobizität. Experimentell konnte gezeigt werden, dass nicht alle als proteinogen definierten Aminosäurevarianten wirklich wichtig für eine funktionelle und zuverlässige Proteinentfaltung sind. Das wird alleine schon durch die Geschehnisse bei der Evolution deutlich. Am Anfang der Evolutionskette tauchten nämlich zuerst Säuren wie Alanin und Glycin auf.

Hierbei handelt es sich um extrem einfach aufgebaute Säuren. Erst später kamen dann die komplex strukturierten, aromatischen Aminosäurevarianten dazu. Analysen der Strukturen legen nahe, dass zum Beispiel Tyrosin und Tryptophan erst sehr spät in den genetischen Code rutschten. Und zwar erst nachdem sich die Abstammungslinien bereits verzweigt hatten.

Proteinogene Säuren sind im Körper an der Bildung mehrerer Stoffe beteiligt

Wie bereits dargestellt, stellen als proteinogen identifizierte Aminosäuren wichtige Bausteine für Proteine dar. Diese wiederum sind für die Bildung und Erneuerung von Körperzellen verantwortlich. Zudem tragen die Säuren im Rahmen verschiedener Prozesse im Körper bzw. im Organismus zur Deckung des benötigten Energiebedarfs bei. Einige der proteinogen ausgerichteten Säuren dienen im Nervensystem als Botenstoffe.

Als Ausgangssubstanz sind viele Aminosäuren an der Bildung wichtiger Stoffe, wie zum Beispiel Botenstoffe oder Hormone im menschlichen Körper beteiligt. Nicht vergessen dürfen Sie auch den positiven Einfluss auf Ornithin, y-Aminobuttersäure und ähnliche Stoffe. Denn diese im Körper eines Menschen vorkommenden Aminosäurevarianten bilden sich bei Bedarf direkt aus den als proteinogen definierten Säuren.

Einsatz auch in der Lebensmittelindustrie

In geringem Umfang sind proteinogene Säureversionen auch als sogenannte freie Aminosäuren in einer großen Anzahl verschiedener Lebensmittel enthalten. Dabei beeinflussen die Stoffe nachhaltig den Geschmack. Ein typisches Beispiel für eine solche Szenerie ist das Verwenden der speziellen Aminosäure Glutamin. Die geschmackslose Aminosäure verstärkt durch den eigenen Stoff Glutamat den Eigengeschmack von Gerichten und Speisen. Für den Proteinaufbau oder auch für die Bildung weiterer Stoffe ist eine in dieser Form verwendete Aminosäure unerheblich.

Wir hoffen, dass Sie mit unserem Artikel einen Überblick über die Funktion und Bedeutung proteinogener Aminosäuren erhalten haben und wir Ihnen deren Verwendung etwas näherbringen konnten. Probieren Sie es selbst aus und überzeugen sich von ihrer Wirkung.