Aminosäuren (AS) werden als organische Verbindungen, die eine Karboxylgruppe (-COOH) und eine Aminogruppe (-NH2) beinhalten, definiert. Aus einer unerschöpflichen Reihe von Aminosäuren gehören aus der Sicht der Naturwissenschaften zu den Wichtigsten die 20 L-Alfa-Aminosäuren, die Grundbausteine für Proteine.
Aminosäuren
Aminosäuren (AS)
werden als organische Verbindungen, die eine Karboxylgruppe (-COOH)
und eine Aminogruppe (-NH2) beinhalten, definiert. Aus einer unerschöpflichen
Reihe von Aminosäuren gehören aus der Sicht der Naturwissenschaften
zu den Wichtigsten die 20 L-Alfa-Aminosäuren, die Grundbausteine
für Proteine.
Die Hauptcharakteristiken der Aminosäuren (AS)
Die Struktur der Seitenkette
Einzelne Typen der Alfa-Aminosäuren werden durch
die Struktur der Seitenkette (R im Strukturschema) definiert. Diese
bestimmt auch ihre Haupteigenschaften.
Die
Chiralität
Alle Alfa-AS, außer Glycin treten in zwei spiegelverkehrten
Formen (L und D optische Isomere - Antipoden) auf. Bis auf seltene
Ausnahmen beteiligen sich am Proteinaufbau bei Tieren nur die L-Isomere.
Die
Hybridität
Da die AS sowohl eine Karboxyl als auch eine
Aminogruppe beinhalten, sind sie Säuren und Basen gleichzeitig. Diese
Tatsache ist vor allem für polare Lösungen von Aminosäuren (z.B. im
Wasser) wichtig, wo der pH-Wert die Schlüsselrolle für ihr Verhalten
spielt.
Bei einem bestimmten Wert der pH-Lösung – der
für jede AS spezifisch ist – gleichen sich die Ladungen beider Gruppen
aus und die Moleküle verhalten sich neutral. Das AS-Molekül in diesem
Zustand – isoelektrischer Punkt – heißt Zwitterion, hat minimale Lösungsfähigkeit
und in einer Lösung kann es sich in fester Form niederschlagen.
Biogene Rolle
Der Metabolismus von AS bei lebenden Tieren kann sich auf folgende
Weise realisieren:
Wachstum – Synthese von Peptiden und Proteinen (Eiweiß)
Funktionalität – Synthese von nicht-proteinogenen
Stoffen
Energiegewinn durch die
AS-Oxidation
Bezüglich der tatsächlichen lebenden Organismen, kann man sowohl essentielle,
als auch nicht-essentielle AS definieren, wobei man unter essentiellen
AS diejenige versteht, die der Organismus nicht selbst synthetisieren kann,
sondern sie aus der Nahrung oder – im Fall von z.B. Korallen – aus dem
Meerwasser aufnehmen muss.
Wachstum – Proteinensynthese
Die Proteinensynthese aus AS ist eigentlich eine Polymerisation, bei
der sich verschiedene AS verbinden und über sog. Peptidbindung Ketten bilden
können:
Die Reaktion verlangt eine Energiezufuhr und läuft nicht direkt
im Organismus. Sie wird durch einen genetischen Code bestimmt und durch
RNA oder Enzyme vermittelt. Das daraus resultierende Protein ist durch
die Anzahl und die Reihenfolge einzelner AS bestimmt.
Funktionalität – Synthese von nicht-proteinogenen Stoffen
AS haben hier die Funktion eines Ausgangsprodukts (Prekursor) für die
Synthese von wichtigen nicht-proteinogenen Stoffen – Neurotransmitter,
Porphyrine, Nukleotide, Hormone u.A. Einige Meerestiere (z.B. Kegelschnecken)
können die L-Isomere der AS auf D-Isomere umwandeln, die auf andere Organisme
wie ein scharfes Gift wirken und daher als eine Abwehr gegen Prädatore
dienen. Auch wenn der einzige Unterschied zwischen den Isomeren die spiegelverkehrte
Form ist, ist der Unterschied in der biologischen Wirkung drastisch.
Die Verwertung von freien Aminosäuren
Das Maß und die Schnelligkeit der direkten AS-Absorbtion von Wirbellosen
Die Quelle der AS für Meereswirbellose ist außer der eigenen Synthese
und der makromolekularen organischen Nahrung auch das Meerwasser. Das beinhaltet
eine kleine Menge von freien gelösten Aminosäuren. Ihre direkte biologische
Auswertung auf einer ganzen Reihe von Meerestieren wurde mit ziemlich eindeutigem
Ergebnis, das für die absolute Mehrheit der untersuchten Organismen gilt,
untersucht:
Die Organismen absorbieren die freien AS aus dem Meerwasser
relativ schnell und in beträchtlichem Maße.
Die Graphik stellt das Ausmaß der Absorbtion einer ausgewählten AS innerhalb
von 24 Stunden beim Weichtier Spinula solidissima in % zur ursprünglichen
AS-Konzentration dar.
Aus der Tabelle geht die durchschnittliche Gesamtabsorbtion einer
ausgewählten AS durch einzelne Tiergruppen nach 16-24stündigen Exposition
in % zur ursprünglichen AS-Konzentration hervor. Hohe Absorbtionswerte
weisen vor allem diejenigen Wirbellose auf, die die Nahrung durch das Filtrieren
des Meerwassers gewinnen.
Pilze
64%
Spritzwürmer
36%
Nesseltiere
34%
Weichtiere
47%
Schnurwürmer
58%
Gliederfüsser
1%
Moostierchen
70%
Stachelhäuter
64%
Ringelwürmer
57%
Chordatiere
32%
Die Auswirkung der Aminosäuren auf die Symbiose von Korallen und
Zooxanthellen
Eine Mehrzahl von Blumentieren bewirtet in eigenen Zellen endosymbiotische
Dinoflagellaten – Zooxanthellen. Die Symbiose von beiden Organismen basiert
vor allem auf dem verbundenen Stoffwechsel vom Kohlenstoff, Stickstoff
und Phosphor:
Die Zooxanthellen bieten ihrem Gastgeber in Form von Kohlenstoffbindungen
(dem Produkt der Photosynthese):
bis zu 90% die Deckung seines energetischen
Bedarfs
für das Wachstum wichtige Stoffe
Der Gastgeber bietet den Zooxanthellen:
Lebensraum und Schutz
Ernährung – eigentlich die Abfallstoffe seines
Metabolismus,
die Phosphor und Stickstoff beinhalten
ununterbrochene
Zufuhr vom für die Photosynthese nötigen Kohlendyoxid (CO2)
Die Frage für die wissenschaftliche Forschung ist, welcher Lenkfaktor
den Prozess der Freisetzung und des Transports von Photosyntheseprodukten
aus den Zooxanthellenzellen in die Zellen des Gastgebers startet und kontrolliert.
Ein wissenschaftliche Arbeit hat dieses Problem auf der Koralle Pocillopora
damicornis erforscht, und als ein Lenkfaktor wurde ein Satz von freien
Aminosäuren identifiziert, der:
die selektive Freisetzung von Photosyntheseprodukten für den Bedarf
des Gastgebers startet
bei Zooxanthellen die Fähigkeit der Kohlenstofffixierung
erhöht
Es wurde festgestellt, dass die freien Aminosäuren eine wichtige Rolle
als Signalmoleküle bei der Leitung der biologischen Prozesse spielen.
Literaturquellen
UPTAKE OF AMINO ACIDS BY MARINE INVERTEBRATES, Grover C. Stephens and Robert A, Schinslw University of Minnesota and Marinc Biological Laboratory, Woods Hole, Massachusetts.
Free amino acids exhibit anthozoan "host factor" activity: They induce the release of photosynthate from symbiotic dinoflagellates in vitro RuTH D. GATES*t, OVE HOEGH-GULDBERGt, MARGARET J. MCFALL-NGAI§, KARL Y. BIL'*, AND LEONARD MUSCATINE* *Biology Department, University of California, Los Angeles, 405 Hilgard Avenue, Los Angeles, CA 90024-1606; *Department of Biological Sciences, University of Sydney, Sydney, New South Wales 2006, Australia; and §Department of Biological Sciences, University of Southern California, Los Angeles, CA 90089-0371
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