Isoleucin

Strukturformel
	Datei:L-Isoleucin - L-Isoleucine.svg
	L-Isoleucin; Strukturen weiterer Isomere siehe Stereoisomerie
Allgemeines
Name	Isoleucin
Andere Namen	α-Amino-β-methylvaleriansäure; 2-Amino-3-methylpentansäure; Vorlage:INCI; Abkürzungen: Ile (Dreibuchstabencode); I (Einbuchstabencode); ;
Summenformel	C6H13NO2
Kurzbeschreibung	farbloser Feststoff mit schwachem Geruch<ref name="GESTIS">Eintrag zu Vorlage:Linktext-Check in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFAVorlage:Abrufdatum (JavaScript erforderlich)</ref>
Externe Identifikatoren/Datenbanken
EG-Nummer	200-798-2
ECHA-InfoCard	100.000.726
PubChem	6306
ChemSpider	6067
DrugBank	DB00167
Wikidata	[[:d:Lua-Fehler in Modul:Wikidata, Zeile 1464: attempt to index field 'wikibase' (a nil value)\|Lua-Fehler in Modul:Wikidata, Zeile 1464: attempt to index field 'wikibase' (a nil value)]]
Arzneistoffangaben
ATC-Code	V06
Eigenschaften
Molare Masse	131,18 g·mol−1
Aggregatzustand	fest
Schmelzpunkt	284 °C (Zersetzung, L-Isoleucin)<ref name="GESTIS" />
pKS-Wert	pKS, COOH = 2,32 (25 °C, L-Isoleucin)<ref name="Beyer/Walter" />; pKS, NH3+ = 9,76 (25 °C, L-Isoleucin)<ref name="Beyer/Walter">Hans Beyer, Wolfgang Walter: Lehrbuch der Organischen Chemie. Hirzel Verlag, Stuttgart 1991, ISBN 3-7776-0485-2, S. 823.</ref>;
Löslichkeit	löslich in Wasser (40 g·l−1 bei 20 °C, L-Isoleucin)<ref name="GESTIS" />
Sicherheitshinweise
	Bitte die Befreiung von der Kennzeichnungspflicht für Arzneimittel, Medizinprodukte, Kosmetika, Lebensmittel und Futtermittel beachten
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung<ref name="GESTIS" />	keine GHS-Piktogramme
	keine GHS-Piktogramme
H- und P-Sätze	H: keine H-Sätze
	P: keine P-Sätze<ref name="GESTIS" />
	Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa).

Isoleucin, abgekürzt Ile oder I, ist in seiner natürlichen L-Form eine essentielle proteinogene α-Aminosäure.

Da Isoleucin von der Asparaginsäure ableitbar ist, wird es zur Aspartatgruppe gezählt. Es gehört zusammen mit seinen Konstitutionsisomeren Leucin, Norleucin und tert-Leucin zur Stoffgruppe der Leucine.

Geschichte

1901 äußerte der spätere Nobelpreisträger Emil Fischer die Vermutung, dass in der von ihm isolierten Leucinfraktion neben Leucin eine „gleich zusammengesetzte, aber stärker drehende Aminosäure enthalten ist“.<ref>S. Hansen: <templatestyles src="Webarchiv/styles.css" />Die Entdeckung der proteinogenen Aminosäuren von 1805 in Paris bis 1935 in Illinois. (Memento vom 15. Juni 2016 im Internet Archive) (PDF) Berlin 2015.</ref> Tatsächlich konnte der deutsche Chemiker Felix Ehrlich 1903 aus der Melasse von Rübenzucker eine zu Leucin isomere Verbindung isolieren, als Isoleucin.<ref>F. Ehrlich: Ueber das natürliche Isomere des Leucins. In: Ber Deutschen Chem Ges. Band 37, 1904, S. 1809–1840, doi:10.1002/cber.19040370295.</ref> Die Konstitution erkannte Felix Ehrlich 1907 durch weitergehende Untersuchung.<ref>F. Ehrlich: Ueber das natürliche Isomere des Leucins. Konstitution und Synthese des Isoleucins. In: Ber Deutschen Chem Ges. Band 40, Nr. 2, 1907, S. 2538–2562, doi:10.1002/cber.190704002181.</ref>

Metabolismus

Stoffwechselkrankheiten

Der Abbau von Isoleucin ist bei den folgenden Stoffwechselkrankheiten gestört:

Vorkommen

Isoleucin ist peptidisch gebunden Bestandteil tierischer und pflanzlicher Proteine. Die folgenden Beispiele beziehen sich jeweils auf 100 g des Lebensmittels, zusätzlich ist der prozentuale Anteil von Isoleucin am Gesamtprotein angegeben.<ref>Nährstoffdatenbank des US-Landwirtschaftsministeriums, 21. Auflage.</ref>

Lebensmittel	Protein	Isoleucin	Anteil
Rindfleisch	21,26 g	0967 mg	4,5 %
Hähnchenbrustfilet	23,09 g	1219 mg	5,3 %
Lachs	20,42 g	0968 mg	4,7 %
Hühnerei	12,58 g	0672 mg	5,3 %
Kuhmilch, 3,7 % Fett	03,28 g	0198 mg	6,0 %
Walnüsse	15,23 g	0625 mg	4,1 %
Weizen-Vollkornmehl	13,70 g	0508 mg	3,7 %
Mais-Vollkornmehl	06,93 g	0248 mg	3,6 %
Reis, ungeschält	07,94 g	0336 mg	4,2 %
Erbsen, getrocknet	24,55 g	1014 mg	4,1 %

Alle diese Nahrungsmittel enthalten praktisch ausschließlich chemisch gebundenes L-Isoleucin als Proteinbestandteil, jedoch in rohem Zustand kein freies L-Isoleucin.

Stereoisomerie

Isoleucin besitzt zwei Stereozentren, somit existieren vier Stereoisomere; in unserer Umwelt spielt jedoch nur das L-Isoleucin als proteinogene Aminosäure eine Rolle und ist physiologisch bedeutsam. Wenn von „Isoleucin“ ohne weiteren Namenszusatz (Deskriptor) gesprochen wird, ist gemeinhin L-Isoleucin gemeint.

Enantiomer zum natürlichen L-Isoleucin ist das D-Isoleucin. L-allo-Isoleucin und dessen Enantiomer D-allo-Isoleucin sind Diastereomere von L-Isoleucin.

Isomere von Isoleucin
Name	L-Isoleucin	D-Isoleucin	L-allo-Isoleucin	D-allo-Isoleucin
Andere Namen	(2S,3S)-2-Amino-3-methylpentansäure (S)-Isoleucin	(2R,3R)-2-Amino-3-methylpentansäure (2R,3R)-2-Amino-3-methylvaleriansäure (R)-Isoleucin	(2S,3R)-2-Amino-3-methylpentansäure	(2R,3S)-2-Amino-3-methylpentansäure
Strukturformel	Datei:L-Isoleucin - L-Isoleucine.svg	Datei:D-isoleucine.svg	Datei:L-alloisoleucine.svg	Datei:D-alloisoleucine.svg
CAS-Nummer	Vorlage:CASRN	Vorlage:CASRN	Vorlage:CASRN	Vorlage:CASRN
CAS-Nummer	Vorlage:CASRN (unspez.)
EG-Nummer	200-798-2	206-269-2	216-142-3	216-143-9
EG-Nummer	207-139-8 (unspez.)
ECHA-Infocard	Vorlage:ECHA	Vorlage:ECHA	Vorlage:ECHA	Vorlage:ECHA
ECHA-Infocard	Vorlage:ECHA (unspez.)
PubChem	6306	76551	99288	94206
PubChem	791 (unspez.)
Wikidata	Q484940	Q27103290	Q27092902	Q27109362
Wikidata	Q27117434 (unspez.)
Schmelzpunkt	Zersetzung: 284 °C<ref name="GESTIS" />

Eigenschaften

Isoleucin liegt am isoelektrischen Punkt (einem bestimmten pH-Wert) als Zwitterion (inneres Salz) vor, wobei das Proton der Carboxygruppe (–COOH) abdissoziiert ist und die Aminogruppe (–NH₂) protoniert.

Seitenkette: lipophil
isoelektrischer Punkt: 5,94<ref name="Hoppe">Bernd Hoppe, Jürgen Martens: Aminosäuren – Herstellung und Gewinnung. In: Chemie in unserer Zeit, 1984, 18, S. 73–86.</ref>
Van-der-Waals-Volumen: 124
Lipidlöslichkeit: LogP = 4,5

Biochemische Bedeutung

Einerseits wird Isoleucin als Baustein für den Proteinaufbau benötigt. Andererseits kann es auch zur Energiegewinnung in Muskelzellen dienen. Das spielt bei proteinreicher Kost eine Rolle oder aber bei längeren Anstrengungen und in Hungerphasen, wenn der Körper auf eigene Reserven zurückgreift. Der Abbau von Isoleucin liefert Acetyl-CoA und Propionyl-CoA.<ref>J. M. Berg, J. L. Tymoczko, L. Stryer: Biochemie. 6. Auflage. Spektrum Akademischer Verlag, Elsevier, München 2007; S. 735, 746; ISBN 978-3-8274-1800-5.</ref>

Die Einschätzungen des Tagesbedarfs für gesunde Erwachsene reichen, je nach verwendeter Methode, von 7,5 bis 28 mg Isoleucin pro Kilogramm Körpergewicht.<ref>A. V. Kurpad, M. M. Regan, T. Raj, J. V. Gnanou: Branched-chain amino acid requirements in healthy adult human subjects. In: J. Nutr., 2006, 136 (1 Suppl), S. 256S–263S, PMID 16365094.</ref> Im menschlichen Organismus kommt Isoleucin fast nur in gebundenem Zustand vor. Die Konzentration von freiem Isoleucin im Blut beträgt rund 7 mg/l, über den Urin werden pro Tag 10 bis 15 mg ausgeschieden.<ref>Roche Lexikon Medizin. 5. Auflage. Urban & Fischer Verlag, Elsevier, München 2003, ISBN 978-3-437-15150-7.</ref>

Gewinnung

Die vorwiegende Gewinnungsmethode sind Fermentationsprozesse, bei denen glukosehaltige Lösungen mit Zusatz von L-Threonin durch L-Isoleucin produzierende Mikroorganismen umgesetzt werden.<ref name="Izumi">Yoshiharu Izumi, Ichiro Chibata und Tamio Itoh: Herstellung und Verwendung von Aminosäuren. In: Angewandte Chemie, 1987, 90, S. 187–194. Angewandte Chemie International Edition in English, 1978, 17, S. 176–183, doi:10.1002/anie.197801761.</ref><ref name="Hitoshi">Hitoshi Enei, Kenzo Yokozeki, Kunihiko Akashi: Recent Progress in Microbial Production of Amino Acids. Gordon & Breach Science Publishers, 1989, ISBN 978-2-88124-324-0, S. 61.</ref> Hingegen erhält man durch Hydrolyse von Proteinen und nachfolgende Trennoperationen der Hydrolysate zunächst ein Gemisch der natürlichen Aminosäuren L-Leucin und L-Isoleucin. Diese Konstitutionsisomere lassen sich dann z. B. nach einem enzymatischen Verfahren trennen.<ref name="L_Annalen">Jürgen Martens, Horst Weigel: Enzymatic Separation of L-Leucine and L-Isoleucine. In: Liebigs Annalen der Chemie, 1983, S. 2052–2054.</ref>

Verwendung

Als Bestandteil von Aminosäure-Infusionslösungen zur parenteralen Ernährung findet L-Isoleucin, neben anderen Aminosäuren, breite Anwendung in der Humanmedizin. Für Patienten mit gestörter Verdauung wurde eine oral anzuwendende „chemisch definierte Diät“ entwickelt, die L-Isoleucin enthält. In dieser Diät bilden die Aminosäuren die Stickstoffquelle; alle lebensnotwendigen Nährstoffe liegen in chemisch genau definierter Form vor.<ref name="Izumi" />

Weblinks

Wikibooks: Biochemie und Pathobiochemie: Valin-, Leucin- und Isoleucin-Stoffwechsel – Lern- und Lehrmaterialien

Wiktionary: Isoleucin – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise