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| Strukturformel | |||||||||
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| L-Methionin (oben) und D-Methionin (unten) 1:1-Stereoisomerengemisch | |||||||||
| Allgemeines | |||||||||
| Name | Methionin | ||||||||
| Andere Namen |
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| Summenformel | C5H11NO2S | ||||||||
| CAS-Nummer |
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| PubChem | 6137 | ||||||||
| ATC-Code | |||||||||
| DrugBank | DB00134 | ||||||||
| Kurzbeschreibung |
farblose Kristalle[1] | ||||||||
| Eigenschaften | |||||||||
| Molare Masse | 149,21 g·mol−1 | ||||||||
| Aggregatzustand |
fest | ||||||||
| Dichte |
1,34 g·cm−3[1] | ||||||||
| Schmelzpunkt | |||||||||
| pKs-Wert | |||||||||
| Löslichkeit |
mäßig in Wasser: 48 g·l−1 (20 °C)[4] | ||||||||
| Sicherheitshinweise | |||||||||
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| LD50 | |||||||||
| Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen. | |||||||||
Methionin, abgekürzt Met oder M, ist in seiner natürlichen L-Form eine essentielle proteinogene, schwefelhaltige α-Aminosäure.
Inhaltsverzeichnis |
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 einsame Elektronenpaar des Stickstoffatoms der Aminogruppe wandert:
Im elektrischen Feld wandert das Zwitterion nicht, da es als Ganzes ungeladen ist. Genaugenommen ist dies am isoelektrischen Punkt (IEP) der Fall, der bei Methionin bei pH 5,74 liegt. Bei diesem pH-Wert hat das 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.
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:[6]
| Lebensmittel | Gesamtprotein | Methionin | Anteil |
|---|---|---|---|
| Rindfleisch, 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 % |
| Reis, ungeschält | 7,94 g | 179 mg | 2,3 % |
| Sojabohnen, getrocknet | 36,49 g | 547 mg | 1,5 % |
| Erbsen, getrocknet | 24,55 g | 251 mg | 1,0 % |
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 Körpergewicht. Die Tagesmenge, die für nahezu jeden gesunden Erwachsenen ausreicht (RDA), wird mit 21 mg pro Kilogramm Körpergewicht 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 sehr von den Versuchsbedingungen abzuhängen. 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 Körpergewicht.[7][8]
Methionin kann vom Menschen und vielen Tieren nicht synthetisiert werden, sondern muss mit der Nahrung aufgenommen werden. Im Rahmen der Translation wird aufgrund des einheitlichen Startcodons AUG die Proteinbiosynthese immer mit Methionin gestartet, das somit die erste Aminosäure am N-Terminus in jedem entstehenden Protein aller lebenden Zellen ist. Später wird das erste Methionin aber häufig abgetrennt oder modifiziert, z. B. durch Acetylierung oder Formylierung (vorwiegend bei Bakterien) 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 schließlich zu Homocystein umgewandelt und woraus Methionin wieder zurückzugewonnen wird.
SAM und damit auch Methionin ist weiterhin Ausgangsmaterial für die Synthese der Polyamine, jedoch kann Methionin aus dem dabei entstehenden Nebenprodukt Methylthioadenosin zurückgewonnen werden -- der so genannte Methionin-Salvage-Stoffwechselweg.[9]
Methionin wird nur dann unwiderruflich abgebaut, wenn ein Überschuss besteht. In dem Fall können zwei mögliche Stoffwechselwege aktiviert werden: einerseits der Umbau zu Cystein über SAM und Homocystein - der Abbau überschüssigen Cysteins zu Sulfat und Taurin ist gut untersucht; andererseits könnte ein Abbau auch über Transaminierung stattfinden - dabei kehrt sich das Gleichgewicht in der letzten Reaktion des Methionin-Salvage-Wegs um und aus Methionin entsteht 5′-Methylthio-3-ketobutanoat (MOB), 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 und teilweise in der Leber im THF-Zyklus verwendet wird.[9]
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 Ammoniumwert vorlagen; und sogar Tod bei Schafen, die große Mengen des Racemats in ihren Kaumagen erhielten (24 g/Tag).[10][11][12]
Die industrielle Synthese von racemischem Methionin (Gemisch aus je 50 % L-Methionin und D-Methionin) geht von petrochemischen Rohstoffen aus, insbesondere Propen, Schwefel, Methan und Ammoniak. Nach gängigen Verfahren werden so die Zwischenprodukte Acrolein, Methylmercaptan und Blausäure dargestellt. Die Addition von Methylmercaptan an die Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung des Acroleins liefert dann das Zwischenprodukt 3-Methylmercaptopropionaldehyd. Anschließend wird dieser Aldehyd mit Ammoniak, Kohlendioxid und Blausäure in ein Hydantoin-Derivat umgewandelt, dessen basische Hydrolyse zu einem Alkalisalz des Methionins führt. Durch Neutralisation mit einer Säure (Kohlendioxid oder Schwefelsäure) erhält man racemisches Methionin, wovon jährlich mehrere 100.000 Tonnen hergestellt werden; Weltmarktführer dafür ist Evonik Industries. Zur Racematspaltung wird racemisches Methionin am Stickstoffatom acetyliert. Das racemische N-Acetyl-methionin wird mit dem enantioselektiven Enzym L-Acylase behandelt, dabei wird das natürliche L-Methionin unter Abspaltung von Essigsäure/Acetat gebildet, während die D-Form des N-Acetyl-methionins unverändert bleibt. Anschließend wird L-Methionin abgetrennt. Das D-N-Acetyl-methionin wird mit Essigsäureanhydrid racemisiert und recycliert.
Bei der Verstoffwechselung von überschüssigem Methionin wird der in der Substanz enthaltene Schwefel zu Schwefelsäure oxidiert und über die Nieren ausgeschieden, wodurch der Harn angesäuert wird. Der Mechanismus der Harnansäuerung kann bei einigen Erkrankungen die Heilung unterstützen. Therapeutisch wird L-Methionin verwendet zur:
In der Diagnostik wird es in Form von 11C-S-Methyl-L-Methionin als Radiopharmakon zur Darstellung von Hirntumoren bei der Positronen-Emissions-Tomographie benutzt.
DL-Methionin (also das Racemat) wird zur Supplementierung (Ergänzung) von Futtermitteln eingesetzt. Dabei wird der Nährwert von Futtermitteln für Hühner durch geringe Zusätze von DL-Methionin gesteigert. Dies ist dann von besonderem wirtschaftlichen Nutzen, wenn die natürlichen Futtermittel-Bestandteile einen mangelhaften Gehalt an schwefelhaltigen Aminosäuren (Cystein/Cystin und Methionin) besitzen. Die mit weitem Abstand größten Mengen des synthetisch gewonnenen Methionins (> 400 000 t pro Jahr) werden für diesen Zweck eingesetzt.
Durch Erhitzen von Methionin mit wässriger Iodwasserstoffsäure wird die Methylgruppe des Methionins abgespalten. Beim Eindampfen entsteht unter Wasserabspaltung als Cyclisierungsprodukt das Hydroiodid von Homocystein-Thiolacton.[14]
Acimethin (D), Acimol (D), Generika
Wikibooks: Methionin-Stoffwechsel – Lern- und Lehrmaterialien
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