Prolin: die einzige Aminosäure, deren Stickstoff im Ring sitzt

Ein Ring, der den Stickstoff einschliesst

Eine Aminosäure trägt üblicherweise zwei Gruppen an einem zentralen Kohlenstoffatom: eine Säuregruppe und eine Aminogruppe. Letztere besteht aus einem Stickstoffatom mit zwei Wasserstoffatomen. Man nennt sie deshalb primär.

Bei Prolin ist das anders. Die Seitenkette biegt zurück und bindet an denselben Stickstoff. So entsteht ein Ring aus fünf Atomen — vier Kohlenstoffatome und der Stickstoff. Dieser Ring heisst Pyrrolidin, und er steht im systematischen Namen an erster Stelle. Der Name enthält gar kein «Amino» mehr, weil der Stickstoff Teil des Rings ist.

Die Folge: Am Stickstoff bleibt nur noch ein Wasserstoffatom statt zwei. Aus der primären ist eine sekundäre Aminogruppe geworden. Phang und Mitautoren bezeichnen Prolin deshalb als die einzige proteinogene Aminosäure mit sekundärer Aminogruppe.

Warum Prolin Helices knickt

Aus diesem einen Bauunterschied folgt alles Weitere. Wird eine Aminosäure in eine Eiweisskette eingebaut, geht ein Wasserstoffatom ihres Stickstoffs in die Bindung zur Nachbarin. Bei allen anderen Bausteinen bleibt danach noch eines übrig. Dieses freie N-H ist der Geber der Wasserstoffbrücken, die eine Alpha-Helix zusammenhalten — jene schraubenförmige Windung, die viele Eiweisse tragen.

Prolin hat dieses zweite Wasserstoffatom nicht. Eingebaut in die Kette kann es keine solche Brücke mehr geben. Dazu kommt der Ring selbst: Er schränkt ein, wie stark sich die Kette an dieser Stelle drehen lässt. Wo Prolin sitzt, endet die Windung — daher der Beiname Helixbrecher.

MacArthur und Thornton haben dafür sämtliche Prolinbausteine der damaligen Strukturdatenbank ausgewertet: die Stellung des Bausteins selbst, seinen Einfluss auf die Vorgängerin und die Häufigkeit der beiden möglichen Bindungsformen davor. Ihr Ergebnis benennen sie als einzigartige Rolle des Prolins für die örtliche Faltung.

Weiss, Jabs und Hilgenfeld haben die Peptidbindung an Kristallstrukturen erneut untersucht. Auch dort ist Prolin die Ausnahme: Vor ihm kommt die sonst seltene cis-Stellung der Bindung merklich vor, während die Kette sonst fast durchweg in der trans-Stellung verläuft.

Hydroxyprolin entsteht erst am fertigen Eiweiss

Ein zweiter Punkt wird oft verkürzt wiedergegeben. Es gibt eine Abwandlung des Prolins mit einer zusätzlichen Hydroxylgruppe am Ring: Hydroxyprolin. PubChem führt es unter der Summenformel C5H9NO3 — ein Sauerstoffatom mehr als Prolin.

Dieser Baustein wird nicht als solcher eingebaut. Es gibt keinen genetischen Code für ihn. Er entsteht erst, wenn die Kette bereits fertig ist: durch nachträgliche Abwandlung, in der Fachsprache posttranslationale Modifikation.

Gorres und Raines beschreiben den Vorgang. Das Enzym Prolyl-4-Hydroxylase führt eine Reaktion aus, die sich nicht rückgängig machen lässt, und erzeugt dabei (2S,4R)-4-Hydroxyprolin. Nach derselben Übersichtsarbeit ist das die häufigste nachträgliche Abwandlung an Eiweissen des Menschen. Am bekanntesten ist sie dafür, die Dreifachwendel des Kollagens zu festigen — jenes faserbildenden Eiweisses. Hydroxyprolin sitzt aber auch in anderen Eiweissen, und die Enzyme dieser Familie kommen ebenso in Pflanzen und Mikroorganismen vor.

Solche Enzyme brauchen Hilfsstoffe. Van der Wel, Ercan und West haben an einer gereinigten Prolyl-4-Hydroxylase gemessen, dass sie auf Sauerstoff, Alpha-Ketoglutarat und Ascorbat angewiesen ist. Ascorbat ist die Salzform der Ascorbinsäure, also von Vitamin C.

Nicht essenziell: der Weg über Glutamat

Prolin zählt zu den nicht essenziellen Aminosäuren. Der Körper kann es aus anderen Bausteinen aufbauen, es muss also nicht zwingend mit der Nahrung kommen.

Der Weg führt über eine Zwischenstufe mit dem Namen Pyrrolin-5-carboxylat. Phang und Mitautoren beschreiben sie als Drehscheibe: Aus ihr kann wieder Prolin werden, oder sie wird schrittweise zu Glutamat und weiter zu Alpha-Ketoglutarat umgesetzt.

Die Verwandtschaft lässt sich an den Summenformeln ablesen. PubChem führt L-Glutaminsäure mit C5H9NO4, Prolin mit C5H9NO2. Gleich viele Kohlenstoff-, Wasserstoff- und Stickstoffatome, zwei Sauerstoffatome weniger — und aus der offenen Kette ist ein Ring geworden.

Was in der Schweiz gilt

Die Lage ist bei Prolin bemerkenswert übersichtlich:

• Anhang 1 Teil A der Verordnung über Nahrungsergänzungsmittel führt Vitamine und Mineralstoffe. Prolin ist weder das eine noch das andere und steht dort nicht.
• Anhang 1 Teil B führt die sonstigen Stoffe mit ihren Höchstmengen. Für mehrere Aminosäuren stehen dort Zahlen, für Prolin nicht.
• Anhang 2 Ziffer 3.1 zählt die zulässigen Aminosäuren auf. Prolin ist nicht darunter.
• Anhang 14 der Verordnung über die Information über Lebensmittel führt für Prolin keine zugelassene Angabe.

Ein Punkt gehört ausdrücklich dazu. Teil A ist abschliessend: Was dort als Vitamin oder Mineralstoff fehlt, darf nach Artikel 2 Absatz 3 Buchstabe a nicht zugesetzt werden. Teil B dagegen ist keine solche Positivliste; die Verordnung spricht dort in Artikel 2 Absatz 3 Buchstabe b von «Einschränkungen». Das Fehlen eines Eintrags in Teil B ist deshalb für sich genommen kein Verbot — es bedeutet nur, dass an dieser Stelle keine Höchstmenge festgelegt ist.

Steckbrief

Häufige Fragen

Was unterscheidet Prolin von allen anderen Aminosäuren?

Der Stickstoff sitzt im Ring. Dadurch trägt er nur ein Wasserstoffatom statt zwei — eine sekundäre statt einer primären Aminogruppe.

Warum nennt man Prolin einen Helixbrecher?

Weil ihm nach dem Einbau in die Kette das freie Wasserstoffatom fehlt, mit dem andere Bausteine die Wasserstoffbrücken einer Alpha-Helix geben. Zusätzlich begrenzt der Ring die Drehbarkeit der Kette.

Ist Hydroxyprolin eine eigene Aminosäure der Eiweisse?

Nicht im Sinne des Einbaus. Es gibt keinen genetischen Code dafür; Hydroxyprolin entsteht durch nachträgliche Abwandlung am bereits fertigen Eiweiss.

Gibt es für Prolin eine zugelassene gesundheitsbezogene Angabe?

Nein, keine einzige. Die sechs Angaben, in deren Wortlaut «Kollagen» vorkommt, sind Vitamin C zugewiesen und nicht Prolin.

Steht Prolin in der Verordnung über Nahrungsergänzungsmittel?

Nein. Es fehlt in Anhang 1 Teil A, in Teil B und in der Aminosäurenliste des Anhangs 2. Für Teil B bedeutet das Fehlen kein Verbot, sondern nur, dass dort keine Höchstmenge festgelegt ist.

Muss Prolin mit der Nahrung aufgenommen werden?

Nein, es zählt zu den nicht essenziellen Aminosäuren. Es lässt sich über die Zwischenstufe Pyrrolin-5-carboxylat aus Glutamat aufbauen.

Quellen

• MacArthur MW, Thornton JM. Influence of proline residues on protein conformation. J Mol Biol. 1991;218(2):397–412. DOI: 10.1016/0022-2836(91)90721-H, PMID: 2010917
• Weiss MS, Jabs A, Hilgenfeld R. Peptide bonds revisited. Nat Struct Biol. 1998;5(8):676. DOI: 10.1038/1368, PMID: 9699627
• Gorres KL, Raines RT. Prolyl 4-hydroxylase. Crit Rev Biochem Mol Biol. 2010;45(2):106–124. DOI: 10.3109/10409231003627991, PMID: 20199358, PMC2841224 (freier Volltext).
• van der Wel H, Ercan A, West CM. The Skp1 prolyl hydroxylase from Dictyostelium is related to the hypoxia-inducible factor-alpha class of animal prolyl 4-hydroxylases. J Biol Chem. 2005;280(15):14645–14655. DOI: 10.1074/jbc.M500600200, PMID: 15705570
• Phang JM, Liu W, Zabirnyk O. Proline metabolism and microenvironmental stress. Annu Rev Nutr. 2010;30:441–463. DOI: 10.1146/annurev.nutr.012809.104638, PMID: 20415579
• PubChem, National Library of Medicine: L-Proline CID 145742, C5H9NO2, 115,13 g/mol; trans-4-Hydroxy-L-proline CID 5810, C5H9NO3; L-Glutamic acid CID 33032, C5H9NO4; abgerufen 2026.
• Verordnung des EDI über Nahrungsergänzungsmittel (VNem), SR 817.022.14, Art. 2 Abs. 3 Bst. a und b; Anhang 1 Teil A und Teil B sowie Anhang 2 Ziffer 3.1 — jeweils ohne Eintrag für Prolin.
• Verordnung des EDI betreffend die Information über Lebensmittel (LIV), SR 817.022.16, Anhang 14 — keine zugelassene Angabe für Prolin; die sechs Angaben mit dem Wort «Kollagen» sind Vitamin C zugewiesen.