Nichtproteinogene Aminosäuren sind Aminosäuren, die nicht in Proteinen während der Translation eingebaut werden.Jan Koolman, Klaus Heinrich Roehm: Color Atlas of Biochemistry. 3. Ausgabe, Thieme 2012. ISBN 978-3-13-169693-9. Sie wirken im Aminosäuren-Stoffwechsel und der Proteinbiosynthese daher oftmals als Aminosäureantagonisten. Von den Aminocarbonsäuren sind die Aminoheterooxosäuren 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 mini|240px|Akee-Pflanze mit Frucht. Der unreife Samenmantel enthält die nichtproteinogene Aminosäure Hypoglycin. right|mini|240px|Strukturformel von Hypoglycin – eine nichtproteinogene Aminosäure. Es sind bisher etwa 900 Aminosäuren bekannt (einschließlich der 22 proteinogenen Aminosäuren), die in Organismen vorkommen.Y. Lu, S. Freeland: On the evolution of the standard amino-acid alphabet. In: Genome biology. Band 7, Nummer 1, 2006, S. 102, , PMID 16515719, . Daneben existieren noch über 118 künstlich erzeugte Aminosäuren, die in Proteinen eingebaut wurden. Die 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, Quisqualat, Canavanin).K. Dasuri, P. J. Ebenezer, R. M. Uranga, E. Gavilán, L. Zhang, S. O. Fernandez-Kim, A. J. Bruce-Keller, J. N. Keller: Amino acid analog toxicity in primary rat neuronal and astrocyte cultures: implications for protein misfolding and TDP-43 regulation. In: Journal of neuroscience research. Band 89, Nummer 9, September 2011, S. 1471–1477, , PMID 21608013, .
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.siehe Einträge Monomere in der Datenbank NORINE.
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, Selenoethionin und Selenomethionin. Manche Arten wie Aspergillus fumigatus, Aspergillus terreus und Penicillium chrysogenum sind in Abwesenheit von Schwefel in der Lage, Tellurocystein und Telluromethionin zu produzieren und in Proteine einzubauen,S. E. Ramadan, A. A. Razak, A. M. Ragab, M. el-Meleigy: Incorporation of tellurium into amino acids and proteins in a tellurium-tolerant fungi. In: Biological trace element research. Band 20, Nummer 3, Juni 1989, S. 225–232, , PMID 2484755. während diese Aminosäuren für die meisten Arten nichtproteinogen sind.
Beispiele + Einige nichtproteinogene Aminosäuren Aminosäure Funktion Struktur Strukturformel L-Thyroxin (T4) Hormon der Schilddrüse L-α-Aminosäure 200px 2,6-Diaminopimelinsäure (DAP) Bestandteil in bakteriellen Zellwänden α-Aminosäure mit 2 Stereozentren 200.svg|200px Azetidin-2-carbonsäure Toxin der Maiglöckchen L-α-Aminosäure, sekundäres Amin in einem Ring 100px Sarkosin Stoffwechselzwischenprodukt im Aminosäurestoffwechsel N-Methyl-α-aminosäure 150px Homoserin Abbauprodukt von Methionin L-α-Aminosäure 200px Lanthionin in Strukturproteinen α-Aminosäure mit 2 Stereozentren 200px Djenkolsäure Fraßgift von Archidendron jiringa (Jengkol), einer Hülsenfrucht α-Aminosäure mit 2 Stereozentren 200px Cystathionin Intermediat der Biosynthese von Cystein α-Aminosäure mit 2 Stereozentren 200px L-Homocystein Abbauprodukt von Methionin L-α-Aminosäure 150px Ethionin Methionin-Antagonist L-α-Aminosäure 200px 5-Aminolävulinsäure (5-ALA) Vorstufe des Häms δ-Aminosäure 200px p-Aminobenzoesäure (PABA) bakterielle Folsäuresynthese aromatisches Rückgrat 200px Dehydroalanin (DHA) Abbauprodukt von Cystein Doppelbindung am α-C-Atom 149px γ-Aminobuttersäure (GABA) inhibitorischer Neurotransmitter γ-Aminosäure 200px 3-Aminoisobuttersäure ist in den Fettstoffwechsel involviert β-Aminosäure 175px L-Ornithin Stoffwechselzwischenprodukt im Harnstoffzyklus L-α-Aminosäure 200px L-Citrullin Stoffwechselzwischenprodukt im Harnstoffzyklus L-α-Aminosäure 200px Argininosuccinat Stoffwechselzwischenprodukt im Harnstoffzyklus L-α-Aminosäure 200px L-3,4-Dihydroxyphenylalanin (L-DOPA) Stoffwechselzwischenprodukt bei der Synthese von Katecholaminen L-α-Aminosäure 200px L-5-Hydroxytryptophan (5-HTP) Stoffwechselzwischenprodukt bei der Serotoninsynthese L-α-Aminosäure 200px β-Alanin Baustein von Coenzym A β-Aminosäure 150px β-N-Methylamino-Alanin Neurotoxin in Cyanobakterien L-α-Aminosäure 200px Ibotensäure Pilzgift L-α-Aminosäure 200px D-Valin Bestandteil des Antibiotikums Valinomycin D-Aminosäure 200px D-Alanin Bestandteil in bakteriellen Zellwänden D-Aminosäure 150px D-Glutaminsäure Bestandteil in bakteriellen Zellwänden D-Aminosäure 200px Hypoglycin Toxin der Akee-Pflanze L-α-Aminosäure 200px L-4-Hydroxyprolin Stabilisiert die Struktur des Kollagens L-α-Aminosäure, sekundäres Amin in einem Ring 200px Pipecolinsäure Abbauprodukt von Lysin L-α-Aminosäure, sekundäres Amin in einem Ring zentriert|120px Glufosinat Herbizid, enthält Phosphinsäure-Gruppe L-α-Aminosäure 200px|Chemische Strukturformel von Glufosinat (Stereozentrum mit * markiert)
Anwendungen Nichtproteinogene Aminosäuren können mit nichtribosomalen Peptidsynthetasen,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, , PMID 22802156. durch Proteinligation,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, , PMID 19404746. durch eine Peptidsynthese oder durch genetische Reprogrammierung in Proteine eingebaut werden.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, , 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, , PMID 16515719, . Mit Peptiden, die nichtproteinogene Aminosäuren enthalten, können die Substratspezifitäten von Peptidasen untersucht und Proteaseinhibitoren entwickelt werden.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, , PMID 22944686. β-Peptide sind aus β-Aminosäuren aufgebaut.
Einzelnachweise
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