21.2
Aminosäuren sind organische Verbindungen, die hauptsächlich aus Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff bestehen. Obwohl es Hunderte von Aminosäuren gibt, sind es zwanzig, die als Bausteine von Proteinen fungieren. Diese zwanzig Aminosäuren werden oft anhand ihrer dreibuchstabigen oder einbuchstabigen Abkürzungen bezeichnet.
Alle Aminosäuren weisen ein Kohlenstoffatom auf, das als Alpha-Kohlenstoff bezeichnet wird und bei den meisten Aminosäuren als chirales Zentrum fungiert. Es ist an eine Aminogruppe, eine Carboxylgruppe, ein Wasserstoffatom und eine variable Seitenkette (R-Gruppe) gebunden.
Ein chirales Molekül weist vier unterschiedliche Gruppen auf, die um ein bestimmtes Atom, das als chirales Zentrum bezeichnet wird, angeordnet sind. Da Glycin ein Wasserstoffatom als seine R-Gruppe besitzt, verfügt es nicht über vier unterschiedliche Gruppen und hat deshalb kein chirales Zentrum.
Diese vier Gruppen können zwei unterschiedliche Konfigurationen bilden, die Stereoisomere sind und als L- und D-Isomere bezeichnet werden. Diese Isomere sind Spiegelbilder, die nicht überlagerbar sind. Aminosäuren, die bei der Proteinsynthese verwendet werden, sind stets L-Isomere.
Die Aminogruppe an einer Aminosäure kann als Base wirken und ein Proton aufnehmen, wodurch eine positive Ladung entsteht, während die Carboxylgruppe als Säure wirken und ein Proton abgeben kann, wodurch eine negative Ladung entsteht. Bei physiologischem pH-Wert liegen Aminosäuren gewöhnlich als Zwitterionen vor, die sowohl positive als auch negative Ladungen aufweisen, insgesamt aber elektrisch neutral sind.
Jede Aminosäure besitzt eine einzigartige Seitenkette (R-Gruppe), die für ihre unterschiedlichen Eigenschaften wie Größe, Löslichkeit und Ladung verantwortlich ist. Aminosäuren werden allgemein anhand ihrer R-Gruppen in zwei Kategorien eingeteilt.
Sie können als unverzweigt oder polar klassifiziert werden, wobei polare Aminosäuren bei neutralem pH-Wert weiter in saure, basische und ungeladene Gruppen unterteilt werden. Restgruppen können auch als aliphatisch oder aromatisch beschrieben werden. Diese Kategorien können sich überschneiden, da eine Restgruppe mehr als eine Eigenschaft aufweisen kann.
Aliphatische Gruppen sind einfach gebundene Kohlenwasserstoffe, die als geradkettige, verzweigte oder zyklische Ketten auftreten können. Zu den Aminosäuren mit aliphatischen Seitenketten gehören Glycin, die einfachste Aminosäure; Alanin, Valin, Leucin und Isoleucin, die äußerst hydrophob sind und miteinander assoziieren, um stabile Kernstrukturen in Proteinen auszubilden; Methionin, eine schwefelhaltige Aminosäure; sowie Prolin, das einen aliphatischen Ring besitzt.
Aromatische Gruppen sind Kohlenwasserstoffe, die als ungesättigte Ringe mit wechselnden Einfach- und Doppelbindungen vorliegen. Zu den aromatischen Aminosäuren zählen Phenylalanin, Tyrosin und Tryptophan, die alle groß sind und an hydrophoben Wechselwirkungen teilnehmen können.
Die sauren Aminosäuren sind Aspartat und Glutamat. Sie besitzen Carboxylgruppen, die ein Proton abgeben, wodurch sie negativ geladen werden. Die basischen Aminosäuren sind Lysin, Arginin und Histidin. Sie besitzen Aminogruppen in ihren Seitenketten, die ein Proton aufnehmen, wodurch sie positiv geladen werden.
Die polar ungeladenen Aminosäuren sind Serin, Threonin, Cystein, Asparagin und Glutamin. Sie sind hydrophil und enthalten verschiedene polare funktionelle Gruppen: Hydroxylgruppen in Serin und Threonin, eine Sulfhydrylgruppe in Cystein sowie Amidgruppen in Asparagin und Glutamin.
Aminosäuren sind die Monomere, aus denen Proteine bestehen. Jede Aminosäure hat die gleiche Grundstruktur, die aus einem zentralen Kohlenstoffatom ode…
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