THREONIN: EIGENSCHAFTEN, FUNKTIONEN, ABBAU, NUTZEN - BIOLOGIE - 2025

Das Threonin (Thr, T) oder Säure-Ls-Threo-α-Amino-β-buttersäure ist eine der Aminosäurebestandteile der zellulären Proteine. Da Menschen und andere Wirbeltiere keine Biosynthesewege für ihre Produktion haben, wird Threonin als eine der 9 essentiellen Aminosäuren angesehen, die über die Nahrung aufgenommen werden müssen.

Threonin war die letzte der 20 in Proteinen entdeckten Aminosäuren, eine Tatsache, die mehr als ein Jahrhundert nach der Entdeckung von Asparagin (1806), der ersten beschriebenen Aminosäure, in der Geschichte vorkam.

Struktur der Aminosäure Threonin (Quelle: Clavecin über Wikimedia Commons)

Es wurde 1936 von William Cumming Rose entdeckt, der den Begriff "Threonin" aufgrund der strukturellen Ähnlichkeit zwischen dieser Aminosäure und Threonsäure, einer von der Zuckertreose abgeleiteten Verbindung, prägte.

Als Proteinaminosäure hat Threonin mehrere Funktionen in Zellen, darunter die Bindungsstelle für die typischen Kohlenhydratketten von Glykoproteinen und die Erkennungsstelle für Proteinkinasen mit spezifischen Funktionen (Threonin / Serin-Kinasen-Proteine).

Ebenso ist Threonin ein wesentlicher Bestandteil von Proteinen wie Zahnschmelz, Elastin und Kollagen und hat auch wichtige Funktionen im Nervensystem. Es wird als Nahrungsergänzungsmittel und als "Mittel" gegen physiologische Angstzustände und Depressionen eingesetzt.

Eigenschaften

Threonin gehört zur Gruppe der polaren Aminosäuren mit einer R-Gruppe oder Seitenkette ohne positive oder negative Ladungen (ungeladene polare Aminosäuren).

Die Eigenschaften seiner R-Gruppe machen es zu einer hoch wasserlöslichen Aminosäure (hydrophil oder hydrophil), was auch für die anderen Mitglieder dieser Gruppe gilt, wie Cystein, Serin, Asparagin und Glutamin.

Threonin ist zusammen mit Tryptophan, Phenylalanin, Isoleucin und Tyrosin eine der fünf Aminosäuren, die sowohl glucogene als auch ketogene Funktionen haben, da relevante Zwischenprodukte wie Pyruvat und Succinyl-CoA aus seinem Metabolismus hergestellt werden.

Diese Aminosäure hat ein ungefähres Molekulargewicht von 119 g / mol; Wie viele der ungeladenen Aminosäuren hat es einen isoelektrischen Punkt um 5,87 und seine Häufigkeit in Proteinstrukturen liegt nahe bei 6%.

Einige Autoren gruppieren Threonin zusammen mit anderen Aminosäuren mit einem "süßen" Geschmack, darunter beispielsweise Serin, Glycin und Alanin.

Struktur

Α-Aminosäuren wie Threonin haben eine allgemeine Struktur, das heißt, sie ist allen gemeinsam. Dies zeichnet sich durch das Vorhandensein eines Kohlenstoffatoms aus, das als "α-Kohlenstoff" bekannt ist und chiral ist und an das vier verschiedene Arten von Molekülen oder Substituenten gebunden sind.

Dieser Kohlenstoff teilt eine seiner Bindungen mit einem Wasserstoffatom, eine andere mit der für jede Aminosäure charakteristischen R-Gruppe, und die anderen beiden sind mit den allen gemeinsamen Amino- (NH2) und Carboxyl- (COOH) -Gruppen besetzt Aminosäuren.

Die R-Gruppe von Threonin hat eine Hydroxylgruppe, die es ihm ermöglicht, Wasserstoffbindungen mit anderen Molekülen in wässrigen Medien zu bilden. Seine Identität kann als alkoholische Gruppe (ein Ethanol mit zwei Kohlenstoffatomen) definiert werden, die einen ihrer Wasserstoffatome verloren hat, um sich mit dem α-Kohlenstoffatom (-CHOH-CH3) zu verbinden.

Diese -OH-Gruppe kann als "Brücke" oder Bindungsstelle für eine Vielzahl von Molekülen dienen (Oligosaccharidketten können beispielsweise während der Bildung von Glykoproteinen daran gebunden sein) und ist daher eine der für die Bildung von verantwortlich modifizierte Derivate von Threonin.

Die biologisch aktive Form dieser Aminosäure ist L-Threonin, die sowohl an der Konformation der Proteinstrukturen als auch an den verschiedenen Stoffwechselprozessen beteiligt ist, in denen sie wirkt.

Eigenschaften

Als Proteinaminosäure ist Threonin Teil der Struktur vieler Proteine ​​in der Natur, deren Bedeutung und Reichtum von der Identität und Funktion des Proteins abhängt, zu dem es gehört.

Zusätzlich zu seinen strukturellen Funktionen bei der Konformation der Peptidsequenz von Proteinen erfüllt Threonin andere Funktionen sowohl im Nervensystem als auch in der Leber, wo es am Fettstoffwechsel beteiligt ist und deren Akkumulation in diesem Organ verhindert.

Threonin ist Teil der Sequenzen, die von Serin / Threonin-Kinasen erkannt werden, die für zahlreiche Proteinphosphorylierungsprozesse verantwortlich sind, die für die Regulation der Funktionsvielfalt und der intrazellulären Signalereignisse wesentlich sind.

Es wird auch zur Behandlung einiger Darm- und Verdauungsstörungen verwendet, und seine Nützlichkeit hat sich bei der Abschwächung pathologischer Zustände wie Angstzuständen und Depressionen gezeigt.

Ebenso ist L-Threonin eine der Aminosäuren, die erforderlich sind, um den pluripotenten Zustand embryonaler Stammzellen der Maus aufrechtzuerhalten, eine Tatsache, die offensichtlich mit dem Metabolismus von S-Adenosylmethionin und mit Histonmethylierungsereignissen zusammenhängt. , die direkt an der Expression von Genen beteiligt sind.

In der Industrie

Eine gemeinsame Eigenschaft vieler Aminosäuren ist ihre Fähigkeit, mit anderen chemischen Gruppen wie Aldehyden oder Ketonen zu reagieren, um die charakteristischen "Aromen" vieler Verbindungen zu bilden.

Zu diesen Aminosäuren gehört Threonin, das wie Serin beim Rösten bestimmter Lebensmittel mit Saccharose reagiert und zu „Pyrazinen“ führt, typischen aromatischen Verbindungen gerösteter Produkte wie Kaffee.

Threonin ist in vielen Arzneimitteln natürlichen Ursprungs und auch in vielen Nahrungsergänzungsformulierungen enthalten, die Patienten mit Unterernährung verschrieben werden oder deren Ernährung diese Aminosäure enthält.

Eine weitere der berüchtigtsten Funktionen von L-Threonin, die im Laufe der Zeit gewachsen ist, ist die eines Zusatzstoffs bei der Herstellung von Kraftfutter für die Schweine- und Geflügelproduktion.

L-Threonin wird in diesen Industrien aus Proteinsicht als Nahrungsergänzungsmittel in schlechten Formulierungen verwendet, da es wirtschaftliche Vorteile bietet und die von diesen Nutztieren verbrauchten Mängel an Rohprotein verringert.

Die Hauptproduktionsform dieser Aminosäure ist normalerweise die mikrobielle Fermentation, und die weltweiten Produktionszahlen für landwirtschaftliche Zwecke für 2009 lagen über 75 Tonnen.

Biosynthese

Threonin ist eine der neun essentiellen Aminosäuren für den Menschen, was bedeutet, dass es nicht von den Körperzellen synthetisiert werden kann und daher aus Proteinen tierischen oder pflanzlichen Ursprungs gewonnen werden muss, die damit versorgt werden. tägliche Diät.

Pflanzen, Pilze und Bakterien synthetisieren Threonin über ähnliche Wege, die sich etwas voneinander unterscheiden können. Die meisten dieser Organismen gehen jedoch von Aspartat als Vorstufe aus, nicht nur für Threonin, sondern auch für Methionin und Lysin.

Biosyntheseweg in Mikroben

Der L-Threonin-Biosyntheseweg in Mikroorganismen wie Bakterien besteht aus fünf verschiedenen enzymkatalysierten Schritten. Das Ausgangssubstrat ist, wie diskutiert, Aspartat, das durch ein ATP-abhängiges Aspartatkinaseenzym phosphoryliert wird.

Diese Reaktion erzeugt den Metaboliten L-Aspartylphosphat (L-Aspartyl-P), der als Substrat für das Enzym Aspartylsemialdehyddehydrogenase dient, das seine Umwandlung in Aspartylsemialdehyd in NADPH-abhängiger Weise katalysiert.

Aspartylsemialdehyd kann sowohl für die Biosynthese von L-Lysin als auch für die Biosynthese von L-Threonin verwendet werden; In diesem Fall wird das Molekül von einem NADPH-abhängigen Homoserin-Dehydrogenase-Enzym zur Herstellung von L-Homoserin verwendet.

L-Homoserin wird durch eine ATP-abhängige Homoserinkinase zu L-Homoserinphosphat (L-Homoserin-P) phosphoryliert, und das Reaktionsprodukt ist wiederum ein Substrat für das Enzym Threoninsynthase, das L-Threonin synthetisieren kann.

L-Methionin kann aus dem im vorherigen Schritt hergestellten L-Homoserin synthetisiert werden und stellt daher einen „kompetitiven“ Weg für die Synthese von L-Threonin dar.

Das auf diese Weise synthetisierte L-Threonin kann zur Proteinsynthese oder nachgeschaltet zur Synthese von Glycin und L-Leucin verwendet werden, zwei Aminosäuren, die auch aus Proteinsicht relevant sind.

Verordnung

Es ist wichtig hervorzuheben, dass drei der fünf Enzyme, die an der Biosynthese von L-Threonin in Bakterien beteiligt sind, durch das Produkt der Reaktion durch negative Rückkopplung reguliert werden. Dies sind Aspartatkinase, Homoserindehydrogenase und Homoserinkinase.

Darüber hinaus hängt die Regulation dieses Biosynthesewegs auch von den zellulären Anforderungen der anderen damit verbundenen Biosyntheseprodukte ab, da die Bildung von L-Lysin, L-Methionin, L-Isoleucin und Glycin vom Produktionsweg von abhängt L-Threonin.

Degradierung

Threonin kann auf zwei verschiedenen Wegen abgebaut werden, um Pyruvat oder Succinyl-CoA herzustellen. Letzteres ist das wichtigste Produkt des Threonin-Katabolismus beim Menschen.

Der Threoninstoffwechsel findet hauptsächlich in der Leber statt, aber in geringerem Maße ist auch die Bauchspeicheldrüse an diesem Prozess beteiligt. Dieser Weg beginnt mit dem Transport der Aminosäure durch die Plasmamembran von Hepatozyten mittels spezifischer Transporter.

Herstellung von Pyruvat aus Threonin

Die Umwandlung von Threonin zu Pyruvat erfolgt dank seiner Umwandlung in Glycin, die in zwei katalytischen Schritten erfolgt, die mit der Bildung von 2-Amino-3-ketobutyrat aus Threonin und durch die Wirkung des Enzyms Threonin-Dehydrogenase beginnen.

Beim Menschen macht dieser Weg nur zwischen 10 und 30% des Threonin-Katabolismus aus, seine Bedeutung ist jedoch relativ zum betrachteten Organismus, da er beispielsweise bei anderen Säugetieren viel katabolischer relevant ist Sprechen.

Herstellung von Succinyl-CoA aus Threonin

Wie bei Methionin, Valin und Isoleucin werden auch die Kohlenstoffatome von Threonin zur Herstellung von Succunyl-CoA verwendet. Dieser Prozess beginnt mit der Umwandlung der Aminosäure in α-Ketobutyrat, das anschließend als Substrat für das Enzym α-Ketosäuredehydrogenase verwendet wird, um Propionyl-CoA zu erhalten.

Die Umwandlung von Threonin in α-Ketobutyrat wird durch das Enzym Threonin-Dehydratase katalysiert, bei dem ein Wassermolekül (H2O) und ein anderes Ammoniumion (NH4 +) verloren gehen.

Propionyl-CoA wird durch eine zweistufige Reaktion, die den Eintritt eines Kohlenstoffatoms in Form von Bicarbonat (HCO3-) erfordert, zu Methylmalonyl-CoA carboxyliert. Dieses Produkt dient als Substrat für ein Methylmalonyl-CoA-Mutase-Coenzym B12-abhängiges Produkt, das das Molekül "epimerisiert", um Succinyl-CoA zu produzieren.

Andere katabolische Produkte

Darüber hinaus kann das Kohlenstoffgerüst von Threonin katabolisch zur Herstellung von Acetyl-CoA verwendet werden, was auch unter energetischen Gesichtspunkten wichtige Auswirkungen auf die Körperzellen hat.

In bestimmten Organismen fungiert Threonin auch als Substrat für einige Biosynthesewege, wie beispielsweise Isoleucin. In diesem Fall kann durch 5 katalytische Schritte das vom Threoninkatabolismus abgeleitete α-Ketobutyrat auf die Bildung von Isoleucin gerichtet werden.

Lebensmittel reich an Threonin

Obwohl die meisten proteinreichen Lebensmittel einen bestimmten Prozentsatz aller Aminosäuren enthalten, wurde festgestellt, dass Eier, Milch, Sojabohnen und Gelatine besonders reich an der Aminosäure Threonin sind.

Threonin ist auch im Fleisch von Tieren wie Huhn, Schweinefleisch, Kaninchen, Lamm und verschiedenen Geflügelarten enthalten. In Lebensmitteln pflanzlichen Ursprungs ist es reich an Kohl, Zwiebeln, Knoblauch, Mangold und Auberginen.

Es kommt auch in Reis, Mais, Weizenkleie, Hülsenfrüchten und in vielen Früchten wie Erdbeeren, Bananen, Trauben, Ananas, Pflaumen und anderen proteinreichen Nüssen wie Walnüssen oder vor unter anderem Pistazien.

Vorteile seiner Aufnahme

Laut dem Expertenausschuss der Welternährungsorganisation für Ernährung und Landwirtschaft (WHO, FAO) beträgt der tägliche Bedarf an Threonin für einen durchschnittlichen erwachsenen Menschen etwa 7 mg pro Kilogramm Körpergewicht, was sein sollte aus der Nahrung aufgenommen.

Diese Zahlen stammen aus experimentellen Daten aus Studien mit Männern und Frauen, bei denen diese Menge an Threonin ausreicht, um eine positive Stickstoffbilanz in Körperzellen zu erreichen.

Studien mit Kindern zwischen 6 Monaten und einem Jahr haben jedoch gezeigt, dass für diese die Mindestanforderungen an L-Threonin zwischen 50 und 60 mg pro Kilogramm Gewicht und Tag liegen.

Zu den Hauptvorteilen der Einnahme von Nahrungsergänzungsmitteln oder Arzneimitteln mit speziellen Formulierungen, die reich an L-Threonin sind, gehört die Behandlung der Amyotrophen Lateralsklerose oder der Lou-Gehrig-Krankheit.

Die zusätzliche Zufuhr von Threonin begünstigt die Aufnahme von Nährstoffen im Darm und trägt auch zur Verbesserung der Leberfunktionen bei. Es ist auch wichtig für den Transport von Phosphatgruppen durch Zellen.

Mangelstörungen

Bei kleinen Kindern gibt es angeborene Defekte im Threoninstoffwechsel, die eine Wachstumsverzögerung und andere damit verbundene Stoffwechselstörungen verursachen.

Ein Mangel an dieser Aminosäure wurde mit einigen Fehlern bei der Gewichtszunahme des Kindes sowie mit anderen Pathologien in Verbindung gebracht, die mit dem Mangel an Stickstoffretention und dessen Verlust im Urin zusammenhängen.

Menschen, die eine Threonin-arme Ernährung einhalten, sind möglicherweise anfälliger für Fettleber und einige Darminfektionen, die mit dieser Aminosäure zusammenhängen.

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