Threonin

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

Strukturformel
Strukturformel von L-Threonin, dem natürlich vorkommenden Isomer
Allgemeines
Name	Threonin
Andere Namen	2-Amino-3-hydroxybutansäure α-Amino-β-hydroxybuttersäure Abkürzungen: Thr (Dreibuchstabencode) T (Einbuchstabencode) THREONINE (INCI)[1]
Summenformel	C4H9NO3
Kurzbeschreibung	farbloser Feststoff mit charakteristischem Geruch[2]
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 72-19-5 (L-Threonin) 632-20-2 (D-Threonin) 28954-12-3 (L-allo-Threonin) 24830-94-2 (D-allo-Threonin) 80-68-2 (unspez.) EG-Nummer 200-774-1 ECHA-InfoCard 100.000.704 PubChem 6288 ChemSpider 6051 DrugBank DB00156 Wikidata Q186521
Arzneistoffangaben
ATC-Code	V06
Eigenschaften
Molare Masse	119,12 g·mol−1
Aggregatzustand	fest
Dichte	1,07 g·cm−3[3]
Schmelzpunkt	255 °C (Zersetzung, L-Threonin)[4]
pKS-Wert	pKS, COOH = 2,17 (L-Threonin)[5] pKS, NH3+ = 9,00 (L-Threonin)[5] pI = 5,59 (L-Threonin)[5]
Löslichkeit	löslich in Wasser (85,7 g·l−1 bei 20 °C)[3] nahezu unlöslich in organischen Lösungsmitteln[6] praktisch unlöslich in Ethanol, Diethylether und Chloroform[4]
Sicherheitshinweise
Bitte die Befreiung von der Kennzeichnungspflicht für Arzneimittel, Medizinprodukte, Kosmetika, Lebensmittel und Futtermittel beachten GHS-Gefahrstoffkennzeichnung[3] keine GHS-Piktogramme H- und P-Sätze H: keine H-Sätze P: keine P-Sätze[3]
Toxikologische Daten	3098 mg·kg−1 (LD50, Ratte, i.p.)[7]
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa).

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
CAS-Nummer	72-19-5	632-20-2	28954-12-3	24830-94-2
	80-68-2 (unspez.)
EG-Nummer	200-774-1	211-171-8	249-327-2	246-488-0
	201-300-6 (unspez.)
ECHA-Infocard	100.000.704	100.010.157	100.044.829	100.042.247
	100.001.183 (unspez.)
PubChem	6288	69435	99289	90624
	205 (unspez.)
DrugBank	DB00156	DB03700	−	−
	− (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.^[8] Die folgenden Beispiele für den Gehalt an Threonin beziehen sich jeweils auf 100 g des Lebensmittels, zusätzlich ist der prozentuale Anteil am Gesamtprotein angegeben.^[9]

Lebensmittel	Protein	Threonin	Anteil
Rindfleisch, 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	0 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	0 6,93 g	261 mg	3,8 %
Reis, ungeschält	0 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.^[10]

Geschichte

Der amerikanische Biochemiker William Cumming Rose beschäftigte sich während seiner wissenschaftlichen Laufbahn intensiv mit der Bedeutung von Aminosäuren für die Ernährung.^[11] 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.^[12] Daraufhin suchte er systematisch nach einer weiteren essentiellen Aminosäure; schließlich konnte er sie aus Fibrin isolieren und ihrer Struktur nach identifizieren.^[13] 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: 5,64^[14]
• Van-der-Waals-Volumen: 93
• Lipidlöslichkeit: log K_OW = −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 (EC 4.1.2.5) 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.^[15] Diese Variante, die bei nicht-menschlichen Menschenaffen fehlt, verbesserte den Threoninstoffwechsel, unterstützte höhere basale Stoffwechselraten und förderte das Knochenwachstum.^[15] Diese Veränderungen trugen wahrscheinlich zur Koevolution von Stoffwechsel und Ernährungsgewohnheiten bei, bei der sich moderne Menschen zunehmend proteinreich ernährten.^[15]

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.^[16]

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“)^[16] 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

Commons: Threonin – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Wiktionary: Threonin – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Wikibooks: Biochemie und Pathobiochemie: Threonin-, Glycin- und Serin-Stoffwechsel – Lern- und Lehrmaterialien