Threonin

Threonin, abgekürzt Thr oder T, ist in seiner natürlichen L-Form eine essentielle proteinogene α-Aminosäure.

Im Threonin findet sich am β-Kohlenstoffatom (= 3-Position) eine Hydroxygruppe; es kann auch als 3-Methyl-Serin oder 3-hydroxyliertes Desmethyl-Valin betrachtet werden. Aufgrund der Hydroxygruppe ist Threonin wesentlich polarer und reaktiver als Valin.

Threonin wird zu den polaren Aminosäuren gezählt. Es kann an seiner Hydroxygruppe phosphoryliert werden, was bei der Regulation von Enzymen eine Rolle spielen kann.

Stereochemie Threonin hat zwei stereogene Zentren an den Kohlenstoffatomen in 2- und 3-Position. Daher gibt es vier Stereoisomere des Threonins mit folgenden absoluten Konfigurationen: (2S,3R), (2R,3S), (2S,3S) und (2R,3R). Das in den Proteinen gebunden enthaltene L-Threonin besitzt (2S,3R)-Konfiguration und wird auch (2S,3R)-2-Amino-3-hydroxy-butansäure (Bezeichnung gemäß der IUPAC-Nomenklatur) genannt. Die anderen drei Stereoisomere [(2R,3S)-Threonin, (2S,3S)-allo-Threonin und (2R,3R)-allo-Threonin] des L-Threonins besitzen nur geringe Bedeutung.

Wenn von „Threonin“ ohne weiteren Namenszusatz (Präfix) gesprochen wird, ist gemeinhin L-Threonin gemeint.

Isomere von Threonin Name L-Threonin D-Threonin L-allo-Threonin D-allo-Threonin Andere Namen (2S,3R)-2-Amino-3-hydroxybutansäure (2R,3S)-2-Amino-3-hydroxybutansäure (2S,3S)-allo-2-Amino-3-hydroxybutansäure (2R,3R)-allo-2-Amino-3-hydroxybutansäure Strukturformel 150px 150px 150px 150px CAS-Nummer (unspez.) EG-Nummer 200-774-1 211-171-8 249-327-2 246-488-0 201-300-6 (unspez.) ECHA-Infocard (unspez.) PubChem (unspez.) DrugBank − − − (unspez.) FL-Nummer 17.021 (unspez.) Wikidata Q186521 Q44073885 Q27103859 Q27094610 Q27117433 (unspez.)

Vorkommen Threonin ist Bestandteil von tierischen und pflanzlichen Proteinen. Der Tagesbedarf für Erwachsene wird mit etwa 16 mg pro kg Körpergewicht angenommen.D. H. Baker: Tolerance for branched-chain amino acids in experimental animals and humans, in: J. Nutr., 2005, Bd. 135 (6), S. 1585S–1590S; PMID 15930474. Die folgenden Beispiele für den Gehalt an Threonin beziehen sich jeweils auf 100 g des Lebensmittels, zusätzlich ist der prozentuale Anteil am Gesamtprotein angegeben.Nährstoffdatenbank des US-Landwirtschaftsministeriums, 21. Auflage. Lebensmittel Protein Threonin AnteilRindfleisch, roh 21,26 g 849 mg 4,0 %Hähnchenbrustfilet, roh 23,09 g 975 mg 4,2 %Lachs, roh 20,42 g 860 mg 4,2 %Hühnerei 12,58 g 556 mg 4,4 %Kuhmilch, 3,7 % Fett 3,28 g 148 mg 4,5 %Walnüsse 15,23 g 596 mg 3,9 %Weizen-Vollkornmehl 13,70 g 395 mg 2,9 %Mais-Vollkornmehl 6,93 g 261 mg 3,8 %Reis, ungeschält 7,94 g 291 mg 3,7 %Erbsen, getrocknet 24,55 g 872 mg 3,6 %

Alle diese Nahrungsmittel enthalten L-Threonin chemisch gebunden als Proteinbestandteil, nur ausnahmsweise freies L-Threonin. In Fischen sind die Anti-Frost-Proteine fast ausschließlich aus L-Threonin und L-Alanin aufgebaut.G. C. Barrett: Chemistry and Biochemistry of the Amino Acids, Chapman and Hall, London, New York, 1985, S. 11, ISBN 0-412-23410-6.

Geschichte Der amerikanische Biochemiker William Cumming Rose beschäftigte sich während seiner wissenschaftlichen Laufbahn intensiv mit der Bedeutung von Aminosäuren für die Ernährung.S. Hansen: Berlin 2015. Bei Versuchen an Ratten in den 1930er Jahren musste er feststellen, dass die Fütterung mit den bis dahin bekannten 19 Aminosäuren nicht für ein Wachstum der Ratten ausreichte.W. C. Rose, Feeding experiments with mixtures of highly purified amino acids: I. The inadequacy of diets containing nineteen amino acids, J Biol Chem, Band 94, S. 155ff (1931) Daraufhin suchte er systematisch nach einer weiteren essentiellen Aminosäure; schließlich konnte er sie aus Fibrin isolieren und ihrer Struktur nach identifizieren.W. C. Rose, R. H. McCoy und C. E. Meyer, Feeding experiments with mixtures of highly purified amino acides: VIII. Isolation and identification of a new essential amino acid, J Biol Chem, Band 112, S. 283ff. (1935). Mit dieser als Threonin bezeichneten Aminosäure war damit die letzte der kanonischen proteinogenen Aminosäuren entdeckt. Der Name Threonin wurde aufgrund der Threose-Grundstruktur dieser Aminosäure gewählt.

Eigenschaften Die hier angegebenen Daten beziehen sich nur auf L-Threonin und D-Threonin. Restname: Threonyl Seitenkette: hydrophil isoelektrischer Punkt: 5,64Bernd Hoppe und Jürgen Martens: Aminosäuren – Herstellung und Gewinnung, in: Chemie in unserer Zeit, 1984, Bd. 18, S. 73–86; doi:10.1002/ciuz.19840180302. Van-der-Waals-Volumen: 93 Lipidlöslichkeit: log KOW = −0,7

Biosynthese Da L-Threonin zu den essentiellen Aminosäuren gehört, muss L-Threonin mit der Nahrung durch L-Threonin-haltige Proteine aufgenommen werden. In Pflanzen und Mikroorganismen beginnt die Biosynthese des L-Threonins ausgehend vom L-Aspartat, dessen Ursprünge (Oxalacetat) dem Citratcyclus entstammen. Das L-Aspartat wird über zwei Zwischenstufen, mittels entsprechender Enzyme (Aspartatkinase, Aspartatsemialdehyd-Dehydrogenase, Homoserindehydrogenase) zum L-Homoserin umgesetzt. In einem weiteren Schritt wird der primäre Alkohol vom L-Homoserin von einer Homoserinkinase phosphoryliert. Dieses Phosphohomoserin wird im letzten Schritt von der Homoserinphosphat-Mutaphosphatase (PLP) zum L-Threonin umgesetzt.

Abbau Für Abbau inklusive Strukturformeln siehe Abschnitt Weblinks

L-Threonin wird entweder zu Acetaldehyd sowie Glycin abgebaut, was von der Threonin-Aldolase () katalysiert wird. Die Aminosäure kann aber auch zu Propionyl-CoA umgesetzt werden.

Stoffwechselkrankheiten Der Abbau von Threonin ist bei den folgenden Stoffwechselkrankheiten gestört:

Kombinierte Malon- und Methylmalonazidurie (CMAMMA) Methylmalonazidurie Propionazidämie

Evolutionäre Bedeutung Während der menschlichen Evolution führte eine regulatorische Variante (rs34590044-A) zu einer erhöhten Expression von Acyl-CoA-Synthetase-Familienmitglied 3 (ACSF3), einem Enzym, das am Threonin-Katabolismus beteiligt ist. Diese Variante, die bei nicht-menschlichen Menschenaffen fehlt, verbesserte den Threoninstoffwechsel, unterstützte höhere basale Stoffwechselraten und förderte das Knochenwachstum. Diese Veränderungen trugen wahrscheinlich zur Koevolution von Stoffwechsel und Ernährungsgewohnheiten bei, bei der sich moderne Menschen zunehmend proteinreich ernährten.

Herstellung L-Threonin kann nach der Extraktionsmethode mit Hilfe von Ionenaustauschern aus Protein-Hydrolysaten gewonnen werden. Vorwiegend wird L-Threonin heute jedoch durch Fermentation hergestellt.

Verwendung Als Bestandteil von Aminosäure-Infusionslösungen [Aminoplasmal® (D), Aminosteril®-N-Hepa (D), Primene® (A)] zur parenteralen Ernährung findet L-Threonin, neben anderen Aminosäuren, breite Anwendung in der Humanmedizin. Für Patienten mit gestörter Verdauung wurde eine oral anzuwendende „chemisch definierte Diät“ entwickelt, die L-Threonin enthält. In dieser Diät bilden die Aminosäuren die Stickstoffquelle; alle lebensnotwendigen Nährstoffe liegen in chemisch genau definierter Form vor.Yoshiharu Izumi, Ichiro Chibata, Tamio Itoh: Herstellung und Verwendung von Aminosäuren, in: Angewandte Chemie, 1978, 90 (3), S. 187–194; doi:10.1002/ange.19780900307.

Viele Getreidesorten weisen einen zu geringen Gehalt einer essentiellen Aminosäure auf. Durch diesen Mangel an nur einer Aminosäure sinkt die Verwertbarkeit aller aufgenommenen Aminosäuren auf den durch die in zu geringer Menge enthaltene essentielle Aminosäure („limitierende Aminosäure“) bestimmten Wert. Man steigert den Nährwert des Getreides dann durch den gezielten Zusatz geringer Mengen jener essentieller Aminosäuren, die darin defizitär sind. Mit Ausnahme von Mais enthalten die meisten Getreidearten weniger L-Threonin als von den Nutztieren benötigt wird. Der Zusatz von L-Threonin zu Mischfutter ist in der Futtermittel-Industrie verbreitet und schont so natürliche Ressourcen.

Weblinks

Einzelnachweise

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