Aminosäuren: die Basics

Was sind Aminosäuren?

Aminosäuren (Aminocarbonsäuren) sind für den menschlichen Körper essenziell, denn sie stellen die Grundbausteine eines jeden Proteins dar. Chemisch betrachtet handelt es sich bei den Aminosäuren um organische Verbindungen, also Verbindungen, die unter anderem Kohlenwasserstoffe enthalten. Dabei trägt jede Aminosäure definitionsgemäß sowohl eine sogenannte Carboxy- (-COOH) als auch eine Aminogruppe (-NH2).

Als Grundbausteine der Proteine kommen Aminosäuren in allen Lebewesen vor. Sie können entweder vom Organismus selbst gebildet oder diesem von außen über die Nahrung zugeführt werden. Im Allgemeinen unterscheidet man essentielle von nicht- essentiellen Vertretern dieser chemischen Moleküle. Während jeder Organismus dazu im Stande ist die sogenannten nicht- essenziellen Aminosäuren selbst zu synthetisieren, müssen essentielle Aminosäuren stets mit der Nahrung aufgenommen werden, da der Körper sie nicht herstellen kann.

Darüber hinaus gibt es Aminosäuren, die nur in bestimmten Situationen zwingend mit der Nahrung in den Körper aufgenommen werden müssen. Und zwar immer dann, wenn deren Bedarf deutlich ansteigt. Dies ist zum Beispiel beim Heranwachsen und bei Infektionen der Fall. Solche Aminosäuren, zu denen beim Menschen Arginin und Histidin zählen, werden auch als semi-essentiell bezeichnet.

Außerdem gibt es einige Erkrankungen, bei denen die Synthese bestimmter Aminosäuren im Körper gestört ist. Menschen, die an einer dieser Erkrankungen leiden sind in der Regel nicht dazu in der Lage die entsprechende Aminosäure selbst zu bilden. Ein klassisches Beispiel für eine solche Krankheit ist die sogenannte Phenylketonurie (PKU). Bei den betroffenen Menschen liegt ein Fehler bei der Umwandlung von Phenylalanin zu Tyrosin vor, sodass dieser wichtige Schritt in der Synthese nicht mehr ungehindert ablaufen kann und die eigentlich nicht- essentielle Aminosäure Tyrosin essentiell wird. In diesem Fall spricht man von einer bedingt- essentiellen Aminosäure.

Von der Aminosäure zum Protein

Aminosäuren sind die Grundbausteine der Proteine im menschlichen Körper. Dabei werden die einzelnen Proteine aus 20 verschiedenen Aminosäuren zusammen gebaut. Aus diesem Grund bezeichnet man diese 20 Aminosäuren auch als proteinogene Aminosäuren.

Um aus den einzelnen Grundbausteinen ein Protein zu bilden, müssen diese wie bei einer Kette aneinander gereiht werden. Dabei gehen die einzelnen Aminosäuren eine Bindung miteinander ein. Genauer gesagt reagieren immer eine Amino- und eine Carboxylgruppe miteinander und verbinden sich unter der Abspaltung eines Protons zu einer sogenannten Peptidgruppe.

Werden lediglich zwei der proteinogenen Aminosäuren miteinander verbunden, entsteht ein Dipeptid. Wenn man drei Aminosäuren verknüpft nennt sich das Produkt hingegen Tripeptid. Im menschlichen Körper verfügen die vergleichsweise kleinen Proteine über ungefähr 50 und große Proteine über mehrere hundert Aminosäuren. Die meisten der bekannten Proteine verfügen über circa 300 Aminosäuren.

Auf Grund weiterer Kräfte, die zwischen den einzelnen chemischen Gruppen wirken, ordnen sich die Ketten im Laufe der Zeit räumlich an. In Abhängigkeit von der Anzahl und Abfolge der einzelnen Grundbausteine nehmen die Proteine dabei eine bestimmte Gestalt an. Welche Gestalt das bei einem Protein ist, ist besonders wichtig, denn sie bestimmt maßgebliche welche Funktion das Protein ausübt.

Essentielle Aminosäuren

Es gibt verschiedene Arten die einzelnen Aminosäuren in Gruppen zu unterteilen. Eine davon ist die Unterteilung anhand ihrer biologischen Verfügbarkeit. Dabei unterscheidet man zwischen jenen Aminosäuren, die im menschlichen Körper selbst gebildet werden können und solche, die zwingend mit der Nahrung aufgenommen werden müssen. Man spricht von den sogenannten essentiellen und den nicht- essentiellen Aminosäuren.

Unter den 20 für die Bildung unserer Proteine relevanten proteinogenen Aminosäuren finden sich 10 essentielle und 10 nicht essentielle Moleküle. Acht der zehn essentiellen Aminosäuren kann der menschliche Körper gar nicht synthetisieren und zwei kann er nicht in ausreichender Menge herstellen. Diese zwei Aminosäuren bezeichnet man als sogenannte bedingt- essentielle Aminosäuren.

Auf Ebene der Proteine kann man dann zwischen vollständigen und unvollständigen Proteinen unterscheiden. Während vollständige Proteine sämtliche essentiellen Aminosäuren beinhalten, verfügen unvollständige Proteine lediglich über einen Teil dieser Moleküle. Vollständige Proteine findet man zum Beispiel in Rindfleisch, Fisch, Geflügel, Eiern und Milch. Unvollständige Proteine hingegen kommen in grünem Blattgemüse, Hülsenfrüchten und Getreide vor.

Nicht- Essentielle Aminosäuren

Nicht- Essentielle Aminosäuren können vom Körper selbst in ausreichenden Mengen gebildet werden. Die Synthese findet dabei in der Leber statt. Zwingend erforderlich für die Aminosäuresynthese sind sogenannte Alpha- Ketosäuren, die in den Leberzellen aus Fettsäuren gebildet werden. Den dafür notwendigen chemischen Schritt bezeichnet man als Beta- Oxidation.

Während der Aminosäuresynthese werden Aminogruppen (-NH2) auf die Alpha- Ketosäuren übertragen. Um diesen wichtigen Schritt zu katalysieren ist neben Enzymen auch das Coenzym Pyridoxalphosphat von Nöten. Pyridoxalphosphat ist ein Derivat, das auf Vitamin B6 entsteht.

Im Allgemeinen verläuft die Aminosäuresynthese über verschiedene Schritte auf die wir hier nicht näher eingehen wollen.

Funktion von Proteinen im menschlichen Körper

Der menschliche Körper ist voller Proteine, von denen jedes einzelne eine einzigartige Funktion ausüben soll. Einige dieser Proteine bilden die verschiedenen strukturellen Komponenten der Zellen oder des Gewebes, andere üben ihre Funktion als Enzyme aus und katalysieren wichtige Reaktionsschritte. Wieder andere Proteine wirken als Hormone und regulieren die Stoffwechselvorgänge des Körpers.

Darüber hinaus sind einige der im Körper vorkommenden Proteine für den Transport von Stoffen, zum Beispiel in Körperflüssigkeiten wie dem Blut, verantwortlich. Ein wichtiges Beispiel für ein solches Transportprotein ist der rote Blutfarbstoff Hämoglobin, der Sauerstoff transportiert. An der Abwehr von Infektionen sind zudem verschiedene Immunproteine, sogenannte Antikörper, beteiligt.

Eine weitere wichtige Aufgabe der Proteinen im menschlichen Körper ist die Umwandlung von chemischer in mechanische Energie. Dies ist für die Bewegungen unseres Körpers notwendig. Die Umwandlung der Energie vollbringen vor allem die im Muskel enthaltenen Proteine Action und Myosin.

Proteine sind darüber hinaus für das Wachstum von Zellen und Geweben essentiell. Aus diesem Grund steigt deren Bedarf in verschiedenen Lebensphasen deutlich an, nämlich immer dann, wenn es zu einem starken Wachstum kommt. Für Kinder, Jugendliche sowie Schwangere ist es deshalb besonders wichtig auf eine ausreichende Aminosäurezufuhr zu achten.

Im Laufe der Zeit müssen die in unserem Körper befindlichen Proteine ausgetauscht und erneuert werden. Die Bildung der für unser Leben notwendigen Proteine bezeichnet man als Proteinbiosynthese. Das ist der Vorgang bei dem aus einzelnen Aminosäuren vollständige Proteinstrukturen gebildet werden.

Funktion von Proteinen:

• Enzyme (Katalysieren von Stoffwechselvorgängen)
• Transportproteine (Transport verschiedener Stoffe durch den Körper)
• Immunproteine (Abwehr von Krankheitserregern)
• Proteine zur Bewegung (Umwandlung von chemischer in mechanische Energie)
• Regulatorproteine (Regulation von Stoffwechselvorgängen; Hormone)
• Rezeptorproteine (Aufnahme und Weiterleitung von Signalen)
• Strukturproteine (Stützsubstanzen)

Anwendungsgebiete extern zugeführter Aminosäuren

Aminosäuren können dem Organismus auch in Form von Arzneien oder Nahrungsergänzungsmittel zugeführt werden. Dabei verwendet man sie vor allem zur parenteralen Ernährung , bei Patienten mit ausgeprägter Appetitlosigkeit, als Mittel gegen Haarausfall und zur Steigerung des Muskelaufbaus.

Dabei werden gezielt einzelne der 20 proteinogenen Aminosäuren zu bestimmten Zwecken angewendet. Methionin zum Beispiel führt man zusätzlich zu um Blasenentzündungen effektiv vorzubeugen. Lysin hingegen soll der Entstehung von Fieberbläschen vorbeugen. Menschen, die unter Depressionen und/oder Schlafstörungen leiden soll die Einnahme von zusätzlichem Tryptophan helfen, während sich die geistige Leistungsfähigkeit mit Glutaminsäure steigern lassen soll.

Darüber hinaus wird die Aminosäure Cystein bei Menschen, die an Haarausfall leiden, zur Stimulation des Haarwachstums eingesetzt. Im Bereich des Muskelaufbaus kommt das sogenannten BCAA zum Einsatz.

Dabei handelt es sich um die verzweigtkettigen Aminosäuren Isoleucin, Leucin und Valin. BCAA (Branched-Chain Amino Acids) gehören allesamt zu den essentiellen Aminosäuren und können vom Organismus nicht selbst synthetisiert werden. Besonders wichtig sind sie im Bezug auf die Energieversorgung der Muskulatur. Sie fördern die Synthese von Proteinen und hemmen gleichzeitig den Muskelabbau. Aus eben diesem Grund werden BCAA vor allem von Sportlern für das Krafttraining und den Aufbau der Muskulatur eingenommen.