Definition

Eine Aminosäure ist eine organische Verbindung, die zumindest eine Aminogruppe (–NH2 bzw. substituiert –NR2) und eine Carboxygruppe (–COOH) als funktionelle Gruppen enthält. Aminosäuren kommen in allen bekannten Lebensformen vor. Das ist hier näher vorgestellt.

Was sind essentielle Aminosäuren

Als essentiell bezeichnet man Aminosäuren, die ein Lebewesen nicht selbst herstellen kann. Die essentiellen Aminosäuren müssen dann also als Teil der Nahrung aufgenommen werden. Beim Menschen sind das: Isoleucin (Ile; I), Leucin (Leu; L), Lysin (Lys; K), Methionin (Met; M), Phenylalanin (Phe; F), Threonin (Thr; T), Tryptophan (Trp; W) und Valin (Val; V). Als semiessentiell (halbessentiell) bezeichnet man Aminosäuren, die aus anderen Aminosäuren synthetisiert werden können, beim Menschen zum Beispiel: Tyrosin (Tyr; Y) und Cystein (Cys; C). Für Säuglinge kann auch die Aminosäure Histidin (His; H) essentiell sein.

Wozu dienen Aminosäuren in Lebewesen?

Aminonsäuren sind die Bausteine von Proteinen (Eiweiße). Ein Protein ist eine lange Kette von Aminosäuren. Wesentlich für die Funktion des Proteins im Körper ist seine dreidimensionale räumliche Struktur. Diese wird bestimmt durch die Abfolge der aneinandergereihten Aminosäuren. Eine Aminosäure, die zum Aufbau von Proteinen dient nennt man auch proteinogen.

Was sind die 20 kanonischen Aminosäuren?

Man kennt über 400 Aminosäuren, die in Lebewesen irgendeine biologische Rolle haben. Doch nur 20 Aminosäuren sind am Aufbau der Proteine in allen Lebewesen beteiligt. Diese 20 überall vorkommenden proteinogenen Aminosäuren bezeichnet man als kanonisch. Kanonisch heißt so viel wie maßgebend. Dieses "moderne Proteinalphabet" habe sich bereits sehr früh in der Erdgeschichte herausgebildet, vor etwa 4,5 bis 3,9 Milliarden Jahren in den fernen Zeiten des Hadaikums und des Archaikums^[2]. Warum nur 20 der großen Anzahl chemisch mögliche Aminosäuren zur Proteinbildung in Lebewesen dienen ist eine laufende Forschungsfrage^[3]. Siehe dazu auch Aminosäure-Barriere ↗

Woher stammen die Aminosäuren der frühen Evolution?

Man geht heute davon aus, dass einige Aminosäuren (z. B. Ala, Asp, Glu, Gly, Ile, Leu, Pro, Ser, Thr, and Val) bereits in der sogenannten Ursuppe in großer Vielfalt vorhanden waren^[2]. Sie entstanden möglicherweise bei Blitzen (Miller-Urey-Experiment) und an hydrothermalen Schoten (weiße, schwarze Raucher)^[2]. Auch in Meteoriten kommen manche Aminosäuren vor^[4]. Selbst im interstellaren Raum gibt es Aminosäuren, wie etwa Glycin^[5]. Die Idee, dass das Leben oder zumindest wesentliche seiner Bausteine aus dem Weltraum auf die Erde gelangt sein könnten bezeichnet man als Panspermie ↗

Fußnoten

[1] Peter Nuhn: Naturstoffchemie. S. Hirzel Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft, Stuttgart 1990, ISBN 3-7776-0473-9. Seite 70.

[2] Mikhail Makarov: Early Selection of the Amino Acid Alphabet was Adaptively Shaped by Biophysical Constraints of Foldability. Department of Cell Biology, Faculty of Science, Charles University, BIOCEV, Prague 12843, Czech Republic. In: Journal of the American Chemical Society. 2023, 145, 9, 5320–5329. DOI: https://doi.org/10.1021/jacs.2c12987 (frühe evolutionäre Entstehung des kanonische Alphabets aus 20 Aminosäuren)

[3] Robert P. Bywater: Why twenty amino acid residue types suffice(d) to support all living systems. PLoS ONE 13(10): e0204883. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0204883

[4] Kitadai, N.; Maruyama, S. Origins of building blocks of life: A review. Geosci. Front. 2018, 9 (4), 1117– 1153, DOI: 10.1016/j.gsf.2017.07.007

[5] S. Ioppolo et al. A non-energetic mechanism for glycine formation in the interstellar medium. Nat Astron, published online November 16, 2020; doi: 10.1038/s41550-020-01249-0