Essentielle Aminosäure

Definition und Bedeutung

Eine essentielle Aminosäure ist eine Aminosäure, die ein Organismus benötigt, aber nicht selbst aufbauen kann. Heterotrophe Organismen, darunter der Mensch, müssen mehrere solcher Aminosäuren regelmäßig mit der Nahrung aufnehmen. Welche Aminosäuren erforderlich sind, kann sich je nach Entwicklungsstadium unterscheiden. Autotrophe Organismen wie Pflanzen können in der Regel alle benötigten Aminosäuren selbst aufbauen.

Essentielle Aminosäuren beim Menschen

Für Erwachsene gelten Isoleucin (Ile; I), Leucin (Leu; L), Lysin (Lys; K), Methionin (Met; M), Phenylalanin (Phe; F), Threonin (Thr; T), Tryptophan (Trp; W) und Valin (Val; V) als essentielle Aminosäuren. Für Säuglinge ist außerdem Histidin (His; H) essentiell.

Als semi-essentiell bezeichnet man Aminosäuren, die der Körper grundsätzlich aus anderen Aminosäuren herstellen kann, beispielsweise Tyrosin (Tyr; Y) und Cystein (Cys; C). Unter bestimmten Bedingungen kann jedoch auch für sie eine Zufuhr über die Nahrung notwendig sein. Das gilt etwa bei unzureichender Zufuhr ihrer Vorstufen, bei einem Mangel an bestimmten Vitaminen, bei Leber- und Nierenerkrankungen oder eingeschränkter Enzymfunktion.

Bei bestimmten Stoffwechselerkrankungen können weitere Aminosäuren essentiell werden. Bei Phenylketonurie (PKU) funktioniert die normale Umwandlung von Phenylalanin in Tyrosin nicht; deshalb wird Tyrosin in diesem Fall bedingt essentiell. Weitere Beispiele sind Arginin, Cystein und Glycin.

Die Trennung zwischen essentiellen und nicht-essentiellen Aminosäuren ist unscharf, weil Aminosäuren teilweise ineinander umgewandelt werden können. Methionin und Homocystein sind schwefelhaltige Aminosäuren und ineinander umwandelbar, der Mensch kann jedoch keine der beiden herstellen. Cystein kann aus Homocystein gebildet werden. Eine weitere Stoffwechselgruppe bilden Arginin, Ornithin und Citrullin, die im Harnstoffzyklus ineinander umgewandelt werden können.

Aminosäuren in Lebensmitteln

Aminosäuren werden zum Aufbau von Proteinen benötigt. Da Lebensmittel unterschiedliche Aminosäurezusammensetzungen besitzen, können diese Unterschiede durch eine abwechslungsreiche Ernährung ausgeglichen werden. Der Aminosäureindex (PDCAAS) gibt einen Anhalt für die biologische Wertigkeit eines Lebensmittels hinsichtlich seiner Aminosäureanteile.

Für die Nutzung des Nahrungsproteins zum Aufbau körpereigener Proteine, die sogenannte Proteinutilisation, ist eine ausgewogene Zusammensetzung der aufgenommenen Aminosäuren wichtig. Entscheidend für den Mindestproteinbedarf ist die essentielle Aminosäure, die im Verhältnis zum Bedarf in der geringsten Menge vorhanden ist. Sie wird limitierende Aminosäure genannt. Nicht für den Proteinaufbau benötigte Aminosäuren können desaminiert und anschließend zu Fetten und Kohlenhydraten verstoffwechselt werden.

Eine Mangelversorgung mit essentiellen Aminosäuren kann bei einer dauerhaft sehr eiweißarmen Ernährung entstehen, beispielsweise bei Kwashiorkor. Hinweise deuten darauf hin, dass manche Säugetiere einen Mangel bei einseitiger Ernährung bereits nach kurzer Zeit erkennen können.

Alle für Menschen essentiellen Aminosäuren kommen auch in Pflanzen vor. Eine geeignete Kombination vegetarischer oder veganer Lebensmittel kann daher eine ausreichende Versorgung ermöglichen. Durch Kombinationen wie Hülsenfrüchte und Getreideprodukte lässt sich die Qualität der Aminosäureversorgung steigern.

Empfohlene Zufuhr

Die WHO empfiehlt für Erwachsene folgende Mengen pro Kilogramm Körpergewicht und Tag:

• Histidin: 10 mg
• Isoleucin: 20 mg
• Leucin: 39 mg
• Lysin: 30 mg
• Methionin + Cystein: 15 mg
• Phenylalanin + Tyrosin: 25 mg
• Threonin: 15 mg
• Tryptophan: 04 mg
• Valin: 26 mg

Für Kinder über drei Jahren liegt die empfohlene Zufuhr 10 bis 20 % über der von Erwachsenen; für Säuglinge im ersten Lebensjahr beträgt sie bis zu 150 % der Erwachsenenzufuhr. Säuglinge und heranwachsende Kinder benötigen Cystein beziehungsweise schwefelhaltige Aminosäuren, Tyrosin beziehungsweise aromatische Aminosäuren und Arginin immer.

Methionin und Cystein werden zusammengefasst, weil eines mithilfe des Enzyms Methionin-S-Methyltransferase und des Katalysators Methioninsynthase aus dem anderen synthetisiert werden kann. Phenylalanin und Tyrosin bilden ebenfalls eine Gruppe, weil eines mithilfe des Enzyms Phenylalanin/Tyrosin-Ammoniak-Lyase aus dem anderen synthetisiert werden kann.

Folgen eines Mangels und besondere Verwendung

Fehlt auch nur eine essentielle Aminosäure in der benötigten Menge, kann die aktuelle Proteinbiosynthese nur eingeschränkt ablaufen, selbst wenn alle anderen Aminosäuren ausreichend vorhanden sind. Ein länger anhaltender Eiweißmangel beeinträchtigt alle Organe und Körpersysteme. Besonders betroffen sind bei Säuglingen und Kleinkindern die Gehirnentwicklung, außerdem die Leistungsfähigkeit des Immunsystems, das Infektionsrisiko, die Funktion der Darmschleimhaut und die Nierenfunktion. Die Verdauungsenzyme Trypsin und Chymotrypsin können nur in Gegenwart von L-Lysin gebildet werden.

Mögliche Mangelerscheinungen bei einer über längere Zeit qualitativ unausgewogenen Ernährung sind Müdigkeit und Abgeschlagenheit, nervöse Gereiztheit und Konzentrationsstörungen, Wachstumsstörungen bei Säuglingen und Kindern, Muskelschwäche, fahle Haut, dünnes und brüchiges Haar, schlecht heilende Wunden sowie Bindegewebeschwäche. Biochemisch zeigen sich Eiweißmangelzustände unter anderem durch niedrige Serumwerte von Albumin und Transferrin.

Valin, Leucin und Isoleucin heißen verzweigtkettige Aminosäuren, englisch branched-chain amino acids (BCAA). Sie kommen in allen proteinhaltigen Lebensmitteln vor und werden zusätzlich in der Intensivmedizin und Geriatrie eingesetzt. Im Kraftsport und in Ausdauersportarten werden sie als Nahrungsergänzungsmittel verwendet.