Nichtproteinogene Aminosäuren

Nichtproteinogene Aminosäuren sind Aminosäuren, die nicht in Proteinen während der Translation eingebaut werden.[1] Sie wirken im Aminosäuren-Stoffwechsel und der Proteinbiosynthese daher oftmals als Aminosäureantagonisten.[2] Von den Aminocarbonsäuren sind die Aminohetero oxosäuren zu unterscheiden. Weitere Unterscheidungskriterien sind die Ständigkeit (Isomerie) der Amino- relativ zur Säuregruppe sowie ggf. die Konfiguration dieser funktionellen Gruppen, insbesondere in α-Aminosäuren.

Eigenschaften

Akee-Pflanze mit Frucht. Der unreife Samenmantel enthält die nichtproteinogene Aminosäure Hypoglycin.

Strukturformel von Hypoglycin – eine nichtproteinogene Aminosäure.

Es sind bisher über 400 nichtproteinogene Aminosäuren bekannt, die in Organismen vorkommen.[3] Diese natürlich gebildeten nichtproteinogenen Aminosäuren erfüllen verschiedene Funktionen. Manche entstehen als posttranslationale Modifikation in Proteinen (z. B. Phosphotyrosin, Hydroxyprolin, Formylmethionin, Cystin, Lanthionin, Djenkolsäure, 2,6-Diaminopimelinsäure). Andere sind Metaboliten im Stoffwechsel (z. B. Ornithin, Citrullin, Argininosuccinat, Sarcosin, Homoserin, Homocystein, L-DOPA, 5-Hydroxytryptophan). Weitere dienen als Hormone (L-Thyroxin) und Neurotransmitter (z. B. GABA, D-Serin) oder auch als Toxine (β-Methylamino-Alanin, Ibotensäure, L-Azetidin-2-carbonsäure).

Über 250 unterschiedliche nichtproteinogene Aminosäuren wurden als Bausteine der Oligopeptide oder kurzen Polypeptide gefunden, die durch nichtribosomale Peptidsynthetasen verschiedener Arten von Archaeen, Bakterien, Pilzen und Nacktkiemern aufgebaut werden.[4]

Künstlich erzeugte Aminosäuren sind z. B. die Inhibitoren Isoserin, 2-Amino-5-phosphonovaleriansäure und der Synthesegrundstoff für β-Lactam-Antibiotika D-Phenylglycin. Im Miller-Urey-Experiment wurden unter anderem die Aminosäuren Norvalin und Norleucin künstlich erzeugt.

Struktur

Im Gegensatz zu den proteinogenen Aminosäuren sind nicht alle nichtproteinogenen Aminosäuren L-α-Aminosäuren, z. B. die Gruppe der D-Aminosäuren oder die nicht-α-Aminosäuren wie β-Alanin, GABA, δ-Aminolävulinsäure oder 4-Aminobenzoesäure. Weitere nichtproteinogene Aminosäuren besitzen ein verändertes Peptid-Rückgrat wie 3-Aminoisobuttersäure oder Dehydroalanin. Es existieren ebenso nichtproteinogene Aminosäuren mit zwei Chiralitätszentren wie z. B. Cystathionin, Lanthionin, Djenkolsäure oder 2,6-Diaminopimelinsäure. Schwefel-enthaltende nichtproteinogene Aminosäuren sind z. B. Homocystein, Ethionin und Felinin. Selen-enthaltende nichtproteinogene Aminosäuren sind Methylselenocystein und Selenomethionin.

Einige nichtproteinogene Aminosäuren
Aminosäure	Funktion	Struktur
Taurin
L-Thyroxin (T₄)	Hormon der Schilddrüse	L-α-Aminosäure
2,6-Diaminopimelinsäure (DAP)	Bestandteil in bakteriellen Zellwänden	α-Aminosäure mit 2 Stereozentren
Azetidin-2-carbonsäure	Toxin der Maiglöckchen	L-α-Aminosäure, sekundäres Amin in einem Ring
Sarkosin	Stoffwechselzwischenprodukt im Aminosäurestoffwechsel	N-Methyl-α-aminosäure
Homoserin	Abbauprodukt von Methionin	L-α-Aminosäure
Lanthionin	in Strukturproteinen	α-Aminosäure mit 2 Stereozentren
Djenkolsäure	Fraßgift von Archidendron jiringa (Jengkol) einer Hülsenfrucht	α-Aminosäure mit 2 Stereozentren
Cystathionin	Intermediat der Biosynthese von Cystein	α-Aminosäure mit 2 Stereozentren
L-Homocystein	Abbauprodukt von Methionin	L-α-Aminosäure
Ethionin	Methionin-Antagonist	L-α-Aminosäure
5-Aminolävulinsäure (5-ALA)	Vorstufe des Häms	δ-Aminosäure
p-Aminobenzoesäure (PABA)	bakterielle Folsäuresynthese	aromatisches Rückgrat
Dehydroalanin (DHA)	Abbauprodukt von Cystein	Doppelbindung am α-C-Atom
γ-Aminobuttersäure (GABA)	inhibitorischer Neurotransmitter	γ-Aminosäure
3-Aminoisobuttersäure	ist in den Fettstoffwechsel involviert	β-Aminosäure
L-Ornithin	Stoffwechselzwischenprodukt im Harnstoffzyklus	L-α-Aminosäure
L-Citrullin	Stoffwechselzwischenprodukt im Harnstoffzyklus	L-α-Aminosäure
Argininosuccinat	Stoffwechselzwischenprodukt im Harnstoffzyklus	L-α-Aminosäure
L-3,4-Dihydroxyphenylalanin (L-DOPA)	Stoffwechselzwischenprodukt bei der Synthese von Katecholaminen	L-α-Aminosäure
L-5-Hydroxytryptophan (5-HTP)	Stoffwechselzwischenprodukt bei der Serotoninsynthese	L-α-Aminosäure
β-Alanin	Baustein von Coenzym A	β-Aminosäure
β-N-Methylamino-Alanin	Neurotoxin in Cyanobakterien	L-α-Aminosäure
Ibotensäure	Pilzgift	L-α-Aminosäure
D-Valin	Bestandteil des Antibiotikums Valinomycin	D-Aminosäure
D-Alanin	Bestandteil in bakteriellen Zellwänden	D-Aminosäure
D-Glutaminsäure	Bestandteil in bakteriellen Zellwänden	D-Aminosäure
Hypoglycin	Toxin der Akee-Pflanze	L-α-Aminosäure
L-4-Hydroxyprolin	Stabilisiert die Struktur des Kollagens	L-α-Aminosäure, sekundäres Amin in einem Ring
Pipecolinsäure	Abbauprodukt von Lysin	L-α-Aminosäure, sekundäres Amin in einem Ring

Anwendungen

Nichtproteinogene Aminosäuren können mit nichtribosomalen Peptidsynthetasen,[5] durch Proteinligation,[6] durch eine Peptidsynthese oder durch genetische Reprogrammierung in Proteine eingebaut werden.[7][8] Mit Peptiden, die nichtproteinogene Aminosäuren enthalten, können die Substratspezifitäten von Peptidasen untersucht und Proteaseinhibitoren entwickelt werden.[9] β-Peptide sind aus β-Aminosäuren aufgebaut.

Einzelnachweise

Jan Koolman, Klaus Heinrich Roehm: Color Atlas of Biochemistry. 3. Ausgabe, Thieme 2012. ISBN 978-3-13-169693-9.
Gerhard Habermehl, Peter E. Hammann: Naturstoffchemie: Eine Einführung. Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-662-08929-3 (Google Books).
Peter Nuhn: Naturstoffchemie, S. Hirzel Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft Stuttgart 1990, ISBN 3-7776-0473-9. S. 70.
siehe Einträge Monomere in der Datenbank NORINE.
G. H. Hur, C. R. Vickery, M. D. Burkart: Explorations of catalytic domains in non-ribosomal peptide synthetase enzymology. In: Natural product reports. Band 29, Nummer 10, Oktober 2012, S. 1074–1098, doi:10.1039/c2np20025b, PMID 22802156.
U. Arnold: Incorporation of non-natural modules into proteins: structural features beyond the genetic code. In: Biotechnology letters. Band 31, Nummer 8, August 2009, S. 1129–1139, doi:10.1007/s10529-009-0002-9, PMID 19404746.
A. Ohta, Y. Yamagishi, H. Suga: Synthesis of biopolymers using genetic code reprogramming. In: Current opinion in chemical biology. Band 12, Nummer 2, April 2008, S. 159–167, doi:10.1016/j.cbpa.2007.12.009, PMID 18249198.
Y. Lu, S. Freeland: On the evolution of the standard amino-acid alphabet. In: Genome biology. Band 7, Nummer 1, 2006, S. 102, doi:10.1186/gb-2006-7-1-102, PMID 16515719, PMC 1431706 (freier Volltext).
P. Kasperkiewicz, A. D. Gajda, M. Drąg: Current and prospective applications of non-proteinogenic amino acids in profiling of proteases substrate specificity. In: Biological chemistry. Band 393, Nummer 9, September 2012, S. 843–851, doi:10.1515/hsz-2012-0167, PMID 22944686.

This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. The authors of the article are listed here. Additional terms may apply for the media files, click on images to show image meta data.

[1] Jan Koolman, Klaus Heinrich Roehm: Color Atlas of Biochemistry. 3. Ausgabe, Thieme 2012. ISBN 978-3-13-169693-9.

[2] Gerhard Habermehl, Peter E. Hammann: Naturstoffchemie: Eine Einführung. Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-662-08929-3 (Google Books).

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

[4] siehe Einträge Monomere in der Datenbank NORINE.

[5] G. H. Hur, C. R. Vickery, M. D. Burkart: Explorations of catalytic domains in non-ribosomal peptide synthetase enzymology. In: Natural product reports. Band 29, Nummer 10, Oktober 2012, S. 1074–1098, doi:10.1039/c2np20025b, PMID 22802156.

[6] U. Arnold: Incorporation of non-natural modules into proteins: structural features beyond the genetic code. In: Biotechnology letters. Band 31, Nummer 8, August 2009, S. 1129–1139, doi:10.1007/s10529-009-0002-9, PMID 19404746.

[7] A. Ohta, Y. Yamagishi, H. Suga: Synthesis of biopolymers using genetic code reprogramming. In: Current opinion in chemical biology. Band 12, Nummer 2, April 2008, S. 159–167, doi:10.1016/j.cbpa.2007.12.009, PMID 18249198.

[8] Y. Lu, S. Freeland: On the evolution of the standard amino-acid alphabet. In: Genome biology. Band 7, Nummer 1, 2006, S. 102, doi:10.1186/gb-2006-7-1-102, PMID 16515719, PMC 1431706 (freier Volltext).

[9] P. Kasperkiewicz, A. D. Gajda, M. Drąg: Current and prospective applications of non-proteinogenic amino acids in profiling of proteases substrate specificity. In: Biological chemistry. Band 393, Nummer 9, September 2012, S. 843–851, doi:10.1515/hsz-2012-0167, PMID 22944686.