Biochemie
Für die Biosynthese inklusive Strukturformeln siehe Abschnitt Weblinks L-Glutamin wird aus der L-Glutaminsäure durch die Glutamin-Synthetase hergestellt. Dabei wird Adenosintriphosphat (ATP) verbraucht. Im Körper kann L-Glutamin zu Succinat in drei Reaktionsschritten abgebaut werden.
Funktionen
Mit einem Mengenanteil von 20% ist Glutamin Hauptbestandteil des Pools an freien Aminosäuren im Blutplasma (500-900 µmol/l). Glutamin kommt in der höchsten Konzentration in den Muskelzellen (ca. 35 mmol/l) vor. Es ist unter anderem für die Wassereinlagerung in die Zelle verantwortlich und bewirkt bei körperlicher Belastung eine Vergrößerung des Zellvolumens, was als anaboles, die Proliferation unterstützendes Signal zu betrachten ist. Das heißt die Protein- und Glykogenbildung wird gefördert. Hyperkatabole und hypermetabole Krankheitszustände gehen stets mit ausgeprägter Glutaminverarmung in der Muskulatur einher. Charakteristisch für die Reaktion auf ein Trauma oder eine Infektion ist die Reduktion von freiem Glutamin in der Muskulatur um etwa 50%. Dieser Verlust von intrazellulärem Glutamin wurde sowohl nach selektiven Operationen, Polytraumen und Verbrennungen als auch bei Infektionen und Pankreatitis unabhängig von der Ernährung festgestellt. Glutamin stellt nicht nur einen Baustein für die Proteinsynthese, sondern u.a. auch für die Zellen des Gastrointestinaltraktes (Enterozyten, Kolonozyten) ein wichtiges Energiesubstrat dar. Untersuchungen haben erbracht, dass alle sich schnell vermehrenden Zellen, hauptsächlich diejenigen des Immunsystems, strikt auf die Verfügbarkeit von Glutamin angewiesen sind. Hauptsächlich glutaminverbrauchendes Organ ist der Dünndarm. Interessant ist die Tatsache, dass die Morbidität nach Knochenmarktransplantationen mit Glutaminsupplementierung erniedrigt war. Das Auftreten von Infektionen, die Gesamtzahl und die Zahl der örtlich begrenzten mikrobiellen Besiedlung und die Dauer des Krankenhausaufenthaltes waren im Vergleich zu den Kontrollpatienten reduziert bzw. verkürzt.[7] Als Praxistipp insbesondere im Bereich der kraftorientierten Hobbysportler gilt, dass Glutamin nicht nur anabol, sondern zusätzlich antikatabol wirke, indem es bei körperlicher Anstrengung einem Abbau von Muskelgewebe entgegen wirke. Ebenso verbessere sich die körperliche Regenerationsfähigkeit während des Schlafes. Einen stringenten wissenschaftlichen Nachweis für diese Wirkungsweise gibt es noch nicht.
Funktion im Nervensystem
Glutamin ist chemisch eng verwandt mit der exzitatorischen Aminosäure Glutaminsäure (häufig wird nur von der ionisierten Form, dem Glutamat, gesprochen), die als Neurotransmitter bei glutamatergen Synapsen im zentralen Nervensystem vorkommt. An diesen Synapsen wird ein Teil des Glutamats nach der Ausschüttung in den synaptischen Spalt in benachbarte Gliazellen aufgenommen. Um das aufgenommene Glutamat zurück in die präsynaptischen Neuronen zu transportieren, wird es in den Gliazellen in Glutamin umgewandelt, da Glutamin keine exzitatorische Auswirkung auf die postsynaptische Membran aufweist. In den Neuronen wird Glutamin dann wieder in Glutamat umgewandelt.
Funktion in der Zellkultur von Tumorzellen
Für die Zellkultur von vielen Tumorzellen ist Glutamin in hohem Überschuss notwendig. Wie bereits oben erwähnt hat das menschliche Blut eine Konzentration von 500-900 µmol/l Glutamin, in der Zellkultur wird allerdings meist mit 2000-4000 µmol/l gearbeitet. Das liegt daran, das viele Arten von Tumorzellen wesentlich mehr Glutamin aufnehmen und verstoffwechseln als normale Körperzellen.[8] Über die Gründe wird in der wissenschaftlichen Literatur zurzeit viel diskutiert. Als eine mögliche Ursache für die erhöhte Glutaminaufnahme und -abhängigkeit von Tumoren wird die erhöhte Expression des Onkogens myc von verschiedenen Autoren vorgeschlagen.[9][10] Aufgrund dieser Abhängigkeit werden und wurden verschiedene Glutaminanaloga wie DON, Azaserin oder Acivicin zur Behandlung von verschiedenen soliden Tumoren getestet.
Polyglutamin
Eine Reihe wichtiger Proteine beinhalten Polyglutamin-Einheiten, das heißt längere sich wiederholende Glutamin–Glutamin-Verknüpfungen. Beispiel dafür sind das FOXP2-Protein oder das die Chorea Huntington auslösende Huntingtin. Im Huntingtin bewirkt eine durch eine autosomal-dominante Mutation bedingte Verlängerung der Polyglutamin-Einheit das Ausbrechen der Krankheit.
Einzelnachweise.
Zitieren
Lesezeichen