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Chemie

Aminosäuren: Klassifikation, Eigenschaften und klinische Bedeutung

Redaktion von WhiteCoat Pro11. April 20263 Min. Lesezeit
Inhalt · 7 Abschnitte
  1. Allgemeine Struktur von Aminosäuren
  2. Klassifikation nach R-Gruppen-Eigenschaften
  3. Essenzielle Aminosäuren
  4. Glukogene und ketogene Aminosäuren
  5. Posttranslationale Modifikationen
  6. Klinische Korrelationen
  7. Häufig gestellte Fragen

Aminosäuren sind die Bausteine von Proteinen und bestimmen deren Eigenschaften und Funktionen. Der menschliche Körper enthält 20 proteinogene Aminosäuren, davon 8 essenzielle. Die Kenntnis ihrer Klassifikation, Eigenschaften und ihres Stoffwechsels ist die Grundlage der Biochemie und klinischen Medizin. Dieser Artikel bietet eine vollständige Systematisierung mit klinischen Korrelationen.

Allgemeine Struktur von Aminosäuren

Alle proteinogenen Aminosäuren sind α-Aminosäuren mit der allgemeinen Formel:

  • α-Kohlenstoffatom (chiral, außer Glycin) – gebunden an 4 Gruppen:
  • Aminogruppe (−NH₂)
  • Carboxylgruppe (−COOH)
  • Wasserstoffatom (−H)
  • Seitenkette (R-Gruppe) – bestimmt die Aminosäuren-Eigenschaften

Bei physiologischem pH-Wert von 7,4 liegen Aminosäuren als Zwitterionen (−NH₃⁺ und −COO⁻) vor. Alle proteinogenen Aminosäuren sind L-Isomere.

Klassifikation nach R-Gruppen-Eigenschaften

GruppeAminosäurenMerkmal
Unpolare (hydrophobe)Gly, Ala, Val, Leu, Ile, Pro, Met, Phe, TrpLiegen im Inneren globulärer Proteine und stabilisieren die Struktur
Polare, ungeladeneSer, Thr, Cys, Tyr, Asn, GlnBilden Wasserstoffbrückenbindungen, sind an der Katalyse beteiligt
Positiv geladene (basische)Lys, Arg, HisTragen bei pH 7,4 eine (+)-Ladung. His ist die einzige mit einem pKa-Wert von ~6, Pufferfunktion bei physiologischem pH-Wert
Negativ geladene (saure)Asp, GluTragen bei pH 7,4 eine (−)-Ladung. Glutamat ist der wichtigste exzitatorische Neurotransmitter

Essenzielle Aminosäuren

8 Aminosäuren werden im menschlichen Körper nicht synthetisiert und müssen mit der Nahrung aufgenommen werden:

Merkspruch: „Phe, Val, Trp, Thr, Ile, Met, His*, Arg*, Leu, Lys“ (PVT TIM HALL)

AminosäureEinbuchstabencodeFunktion / Mangel
Phenylalanin (Phe)FVorstufe von Tyrosin → Dopamin, Noradrenalin. Defekt: Phenylketonurie (PKU)
Valin (Val)VBCAA (verzweigtkettige Aminosäure) – wird in den Muskeln verstoffwechselt
Tryptophan (Trp)WVorstufe von Serotonin und Melatonin, NAD⁺ (Niacin). Mangel → Pellagra
Threonin (Thr)TProteinglykosylierung, Mucine-Synthese
Isoleucin (Ile)IBCAA, gleichzeitig ketogen und glukogen
Methionin (Met)MMethylgruppen-Donator (über SAM), Start-AS bei der Translation
Leucin (Leu)LBCAA, rein ketogen (zusammen mit Lysin). mTOR-Aktivator
Lysin (Lys)KRein ketogen, Hydroxylierung → Bestandteil von Kollagen

*His und Arg sind bedingt essenziell (essenziell bei Kindern).

Glukogene und ketogene Aminosäuren

  • Glukogene – werden zu Pyruvat oder TCA-Zyklus-Intermediaten abgebaut → können Glukose liefern (Glukoneogenese). Die Mehrheit der Aminosäuren
  • Ketogene – werden zu Acetyl-CoA oder Acetoacetat abgebaut → Ketonkörper. Rein ketogen sind nur Leu und Lys
  • Gleichermaßen (sowohl gluko- als auch ketogene): Ile, Phe, Thr, Trp, Tyr

Merkspruch für ketogene: „Only Leucine and Lysine are purely Ketogenic“ → LL.

Posttranslationale Modifikationen

  • Hydroxylierung von Prolin und Lysin (Vitamin C!) → Kollagen. Vitamin-C-Mangel → Skorbut (instabiles Kollagen)
  • Phosphorylierung von Serin, Threonin, Tyrosin → Enzymregulation (Kinasen/Phosphatasen)
  • Carboxylierung von Glutamat (Vitamin K!) → Gerinnungsfaktoren (II, VII, IX, X)
  • Methylierung von Lysin und Arginin in Histonen → Genexpressionsregulation
  • Disulfidbrücken zwischen Cysteinen → Stabilisierung der Tertiärstruktur (Immunglobuline, Insulin)

Klinische Korrelationen

ErkrankungDefektAminosäure
Phenylketonurie (PKU)Phenylalaninhydroxylase-Mangel↑ Phe, ↓ Tyr
AhornsirupkrankheitMangel an verzweigtkettiger $\alpha$-Ketosäure-Dehydrogenase↑ Val, Leu, Ile
HomozystinurieZystathionin-$\beta$-Synthase-Mangel↑ Homozystein, ↓ Cystein
AlkaptonurieHomogentisatoxidase-Mangel↑ Homogentisinsäure (aus Tyr)
SkorbutVitamin-C-Mangel → gestörte HydroxylierungPro, Lys im Kollagen

Häufig gestellte Fragen

Warum sind Leucin und Lysin rein ketogen?

Ihr Katabolismus liefert nur Acetyl-CoA und/или Acetoacetat. Acetyl-CoA kann nicht in Pyruvat oder OAA umgewandelt werden (beim Menschen fehlt der Glyoxylatzyklus) → kann keine Glukose bilden. Alle anderen Aminosäuren sind zumindest teilweise glukogen.

Wozu dient das Neugeborenen-Screening auf PKU?

Phenylketonurie (1:10000) – ohne Behandlung führt die Akkumulation von Phenylalanin zu schwerer geistiger Behinderung. Frühe Diagnose (Guthrie-Test am 4.–5. Lebenstag) und Phenylalaninfreie Diät verhindern Hirnschäden. Dies ist eines der erfolgreichsten Beispiele für das Neugeborenen-Screening.

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Das Material hat Bildungscharakter und ersetzt keine ärztliche Beratung. Überprüfen Sie Behandlungs- und Dosierungsschemata anhand der geltenden klinischen Leitlinien.

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