Methionin

Methionin (abgekürzt M oder Met) ist eine schwefelhaltige α-Aminosäure und in der natürlich vorkommenden L-Form eine essentielle proteinogene Aminosäure.

Stereoisomerie Methionin ist chiral, da es ein Stereozentrum enthält. Es gibt somit zwei Enantiomere, die (S)-Form [(−)-L-Methionin] und die (R)-Form [(+)-D-Methionin]. Wenn Methionin ohne Deskriptor erwähnt wird, ist immer L-Methionin gemeint. Dem D-Methionin kommt momentan (Stand: 2022) praktisch keinerlei Bedeutung zu. Allerdings gibt es Hinweise, dass D-Methionin Gehörschäden infolge Lärmeinwirkung verhindern kann.Preloaded D-methionine protects from steady state and impulse noise-induced hearing loss and induces long-term cochlear and endogenous antioxidant effects; PlosOne, December 8, 2021.

Isomere von Methionin Name L-Methionin D-Methionin Andere Namen (S)-Methionin (−)-Methionin (R)-Methionin (+)-Methionin Strukturformel 150px|L-Methionin 150px|D-Methionin CAS-Nummer (DL) EG-Nummer 200-562-9 206-483-6 200-432-1 (DL) ECHA-Infocard (DL) PubChem (DL) FL-Nummer 17.027 - 17.014 (DL) Wikidata Q22124685 Q27093862 Q180341 (DL)

Geschichte Der amerikanische Bakteriologe und Immunologe John Howard Mueller stellte 1922 fest, dass der Zusatz einer Mischung der bis dahin bekannten Aminosäuren zu Kolonien von Streptokokken (Streptococcus hemolyticus) nicht für deren Wachstum ausreichte.S. Hansen: Berlin 2015. Dies gelang hingegen unter Zusatz von Casein. Daher nahm Mueller an, dass Casein noch mindestens eine weitere Aminosäure enthalten müsse. Bei der sich anschließenden Untersuchung von Casein konnte Mueller dann erstmals Methionin isolieren.J. H. Mueller: A new sulphur-containing amino acid isolated from casein. In: Proc Soc Exp Biol Med. Band 19, 1922, S. 161ff. Mueller gab auch die korrekte Summenformel an.A. M. Pappenheimer: John Howard Mueller. In: Biographical Memoirs National Academy. Band 57, 1987, S. 309. Die Aufklärung der Strukturformel und die Synthese gelangen 1926 George Barger und seinem Assistenten Frederick Philip Coine,G. Barger, F. P. Coine: The amino-acid methionine; constitution and synthesis. In: Biochem J. Band 22, 1928, S. 1417ff. 1931 veröffentlichte Barger in Zusammenarbeit mit Weichselbaum eine verbesserte Synthese.G. Barger, T. E. Weichselbaum: A new synthesis of methionine. In: Biochem. J. Band 25, 1931, S. 997. Der Name Methionin, als Abkürzung für „γ-Methylthiol-α-amino-butyric acid“, stammt von Satoru Odake (1925).S. Odake: Über das Vorkommen einer Schwefelhaltigen Aminosäure im alkoholischen Extrakt der Hefe. In: Biochem. Z. Band 161, 1925, S. 446–455.

Ein Syntheseverfahren im industriellen Maßstab für racemisches Methionin aus Acrolein, Methylmercaptan und Blausäure wurde ab 1946 von Werner Schwarze, Hans Wagner und Hermann Schulz bei der Degussa AG in den nach Konstanz ausgelagerten Forschungslaboratorien entwickelt. Mit der Synthese der Aminosäure wollte man einen Beitrag zum nach dem Zweiten Weltkrieg besonders bei Kriegsheimkehrern vorhandenen Eiweißmangel leisten (Hungerödeme). Die Ausgangsstoffe Blausäure und Acrolein wurden bei der Degussa produziert, und der Aufbau einer Versuchsanlage mit einer Produktion von 30 Tonnen pro Jahr dauerte nur ein Jahr. Das zur Degussa gehörige Chemiewerk Homburg brachte bald darauf das Methionin-haltige Medikament Thiomedon auf den Markt,Methionin- eine Erfolgsgeschichte, Evonik Industries. und ab 1953 folgte die Anwendung als Futterzusatzmittel in der Landwirtschaft (Legehennen).

Vorkommen Methionin kommt in den Proteinen aller Lebewesen vor. Da der menschliche Organismus diese Aminosäure nicht selbst herstellen kann, ist er auf die Zufuhr mit der Nahrung angewiesen. Die folgenden Beispiele für den Gehalt an Methionin beziehen sich jeweils auf 100 g des Lebensmittels, zusätzlich ist der prozentuale Anteil am Gesamtprotein angegeben:Nährstoffdatenbank des US-Landwirtschaftsministeriums, 22. Ausgabe. Lebensmittel Protein Methionin AnteilRindfleisch, roh 21,26 g 554 mg 2,6 %Hähnchenbrustfilet, roh 21,23 g 552 mg 2,6 %Lachs, roh 20,42 g 626 mg 3,1 %Hühnerei 12,57 g 380 mg 3,0 %Kuhmilch, 3,7 % Fett 3,28 g 82 mg 2,5 %Sesamkörner 17,73 g 586 mg 3,3 %Paranüsse 14,32 g 1008 mg 7,0 %Walnüsse 15,23 g 236 mg 1,5 %Weizen-Vollkornmehl 13,70 g 212 mg 1,5 %Mais-Vollkornmehl 6,93 g 145 mg 2,1 %Gerste 8–12 g 180 mg 3–4 %Reis, ungeschält 7,94 g 179 mg 2,3 %Buchweizen-Mehl 12,62 g 164 mg 1,3 %Sojabohnen, getrocknet 36,49 g 547 mg 1,5 %Erbsen, getrocknet 24,55 g 251 mg 1,0 %

Alle diese Nahrungsmittel enthalten praktisch ausschließlich chemisch gebundenes L-Methionin als Proteinbestandteil, jedoch kein freies L-Methionin. Im Zuge der Verdauung wird es durch Verdauungsenzyme freigesetzt.

Eigenschaften Neben Cystein ist Methionin die einzige schwefelhaltige proteinogene Aminosäure. Durch die Thioethergruppe ist es weniger reaktiv als Cystein, dessen Schwefelatom Teil einer Thiolgruppe (Mercaptogruppe) ist. Methionin liegt überwiegend als inneres Salz bzw. Zwitterion vor, dessen Bildung dadurch zu erklären ist, dass das Proton der Carboxygruppe an das freie Elektronenpaar des Stickstoffatoms der Aminogruppe wandert:

hochkant=1.6|mini|Zwitterion von L-Methionin (links) bzw. D-Methionin (rechts)

Im elektrischen Feld wandert Methionin am isoelektrischen Punkt, der bei pH 5,74 liegt, nicht, da es dann als Ganzes ungeladen ist. Bei diesem pH-Wert hat Methionin auch seine geringste Löslichkeit in Wasser.

Methionin ist im Stoffwechsel ein Lieferant von Methylgruppen (–CH3) z. B. für die Biosynthese von Cholin, Kreatin, Adrenalin, Carnitin, Nukleinsäuren, Histidin, Taurin und Glutathion (Transmethylierung). Die stoffwechselaktive Form von Methionin ist S-Adenosylmethionin.

Van-der-Waals-Volumen: 124 Hydrophobizitätsgrad: 1,9

Bedarf Im Organismus dient Methionin unter anderem zur Herstellung der nichtessentiellen, ebenfalls schwefelhaltigen proteinogenen Aminosäure Cystein. Bei Abwesenheit von Cystein in der Nahrung liegt der mittlere Methionin-Bedarf von gesunden Erwachsenen bei täglich ungefähr 13 bis 16 mg pro Kilogramm Körpermasse. Die Tagesmenge, die für nahezu jeden gesunden Erwachsenen ausreicht (RDA), wird mit 21 mg pro Kilogramm Körpermasse abgeschätzt. Manchmal wird dieser Betrag auch als der Gesamtbedarf an schwefelhaltigen Aminosäuren bezeichnet. (Korrekterweise muss dann aber als Maßeinheit nicht Gramm, sondern Mol gewählt werden, da sich die Molare Masse von Methionin und Cystein merklich unterscheiden.) In welchem Umfang Cystein Methionin ersetzen kann, ist beim Menschen noch nicht ausreichend geklärt und scheint versuchsabhängig zu sein. Die Angaben für den mittleren Bedarf an Methionin, wenn die Nahrung einen Überschuss an Cystein enthält, schwanken für gesunde Erwachsene zwischen 5 und 13 mg pro Kilogramm Körpermasse.N. K. Fukagawa: Sparing of methionine requirements: evaluation of human data takes sulfur amino acids beyond protein. In: J. Nutr. Band 136, 6 Suppl, Juni 2006, S. 1676S–1681S. PMID 16702339.R. O. Ball, G. Courtney-Martin, P. B. Pencharz: The in vivo sparing of methionine by cysteine in sulfur amino acid requirements in animal models and adult humans. In: J. Nutr. Band 136, 6 Suppl, Juni 2006, S. 1682S–1693S. PMID 16702340.

Biochemie Biosynthese In Bakterien, Pflanzen und Hefen entsteht aus Cystein über Cystathionin (via Cystathionin-β-Lyase) das Homocystein, aus dem Methionin erzeugt wird. Methionin kann vom Menschen und vielen Tieren nicht synthetisiert werden, sondern muss mit der Nahrung aufgenommen werden.

Funktionen, Rückgewinnung Im Rahmen der Translation wird die Proteinbiosynthese mit Methionin gestartet. Die Initiator-tRNA ist bei Archaeen und Eukaryoten eine mit Methionin beladene tRNAiMet, bei Bakterien eine tRNAifMet, die N-Formylmethionin (fMet) überträgt. Gewöhnlich binden diese tRNAs über ihr Anticodon an das Startcodon AUG. Die erste Aminosäure am N-Terminus der entstehenden Polypeptidkette ist in allen lebenden Zellen damit das (formylierte) Methionin. Doch wird bei dem entstandenen Protein später das erste Methionin häufig abgetrennt oder modifiziert, z. B. durch Acetylierung der Aminogruppe.

Nicht für die Proteinbiosynthese benötigtes Methionin kann durch Verknüpfung mit ATP zu S-Adenosylmethionin (SAM) umgesetzt werden, einem wichtigen Methylgruppen-Donor in den meisten Organismen. Nach Abgabe der Methylgruppe entsteht S-Adenosylhomocystein (SAH), das zu Homocystein umgewandelt wird. Hieraus kann Methionin wieder zurückgewonnen werden.

SAM und damit auch Methionin ist weiterhin Ausgangsmaterial für die Synthese der Polyamine, aus dem dabei entstehenden Nebenprodukt Methylthioadenosin kann Methionin zurückgewonnen werden – der sogenannte Methionin-Salvage-Stoffwechselweg.

Abbau überschüssigen Methionins Methionin wird nur dann unwiderruflich abgebaut, wenn ein Überschuss besteht. In diesem Fall können zwei mögliche Stoffwechselwege aktiviert werden: Umbau zu Cystein über SAM und Homocystein – der Abbau überschüssigen Cysteins zu Sulfat und Taurin ist gut untersucht; Abbau auch über Transaminierung – dabei kehrt sich das Gleichgewicht in der letzten Reaktion des Methionin-Salvage-Wegs um und aus Methionin entsteht 2-Keto-4-(methylthio)butanoat, das mithilfe der Enzymkomplexe Verzweigte-Ketosäuren-Dehydrogenase und Kurzketten-Acyl-CoA-Dehydrogenase zu Methylthiopropionyl-CoA weiterverarbeitet wird, woraus Methanthiol entsteht, das teilweise als CO2 und Sulfat ausgeschieden, teilweise in der Leber im THF-Zyklus verwendet wird.

Dieses Sicherheitsventil bei Schwefelüberschuss kann natürlich nur bis zu einer gewissen Grenze ohne Nebenwirkungen funktionieren. Ältere Studien zeigten Azidose bei frisch entwöhnten Ratten (600 mg Methionin/Tag); hepatisches Koma bei Hunden, bei denen gleichzeitig erhöhte Ammoniumwerte vorlagen; und sogar Tod bei Schafen, die große Mengen des Racemats in ihren Pansen erhielten (24 g/Tag).

Aufgrund der Vermutung, ein erhöhter Spiegel von SAM könnte eine erhöhte Rate der DNA-Methylierung verursachen, untersuchten Amaral und andere, ob Ratten bei erhöhter Methioninzufuhr (2 % in der Diät über sechs Wochen) eine weniger stabile DNA oder eine Methylierung des p53-Gens aufwiesen, fanden jedoch keinen dieser Effekte. Auf der anderen Seite füllte die Diät einen erniedrigten Level an Glutathion in den Nieren wieder auf, der zuvor künstlich verursacht worden war. Dies zeigt, dass überschüssiges Methionin zunächst dem Cysteinpool zugutekommt, bevor Sulfat ausgeschieden wird.C. L. Amaral, R. d. Bueno u. a.: The effects of dietary supplementation of methionine on genomic stability and p53 gene promoter methylation in rats. In: Mutation Research. Band 722, Nummer 1, Mai 2011, S. 78–83, doi:10.1016/j.mrgentox.2011.03.006. PMID 21447402.

Stoffwechselerkrankungen Der Abbau von Methionin ist bei den folgenden Stoffwechselkrankheiten gestört:

Homocystinurie Kombinierte Malon- und Methylmalonazidurie (CMAMMA) Methylmalonazidämie, Methylmalonazidämie mit Homocystinurie Propionazidämie

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