Arginin

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Strukturformel
Strukturformel von L-Arginin
L-Arginin
Allgemeines
Name Arginin
Andere Namen
Summenformel
  • C6H14N4O2 (Arginin)
  • C6H14N4O2·HCl (Arginin·Hydrochlorid)
  • C6H14N4O2·HCl·H2O (Arginin·Hydrochlorid·Hydrat)
Kurzbeschreibung

weißer Feststoff[1]

Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer
  • 74-79-3 (L-Arginin)
  • 1119-34-2 (L-Arginin·Hydrochlorid)
  • 332360-01-7 (DL-Arginin·Hydrochlorid·Hydrat)
  • 157-06-2 (D-Arginin)
PubChem 6322
DrugBank DB00125
Wikidata Q173670
Arzneistoffangaben
ATC-Code
Eigenschaften
Molare Masse
  • 174,20 g·mol−1 (Arginin)
  • 210,66 g·mol−1 (Arginin·Hydrochlorid)
  • 228,68 g·mol−1 (Arginin·Hydrochlorid·Hydrat)
Aggregatzustand

fest

Dichte

0,7 g·cm−3[1]

Schmelzpunkt

238 °C[1]

pKS-Wert
  • COOH: 2,0[2]
  • NH2: 9,0[2]
  • Guanidin-Gruppe: 12,1 (stark basisch)[2]
Löslichkeit

gut in Wasser (150 g·l−1 bei 20 °C)[1]

Sicherheitshinweise
Bitte die Befreiung von der Kennzeichnungspflicht für Arzneimittel, Medizinprodukte, Kosmetika, Lebensmittel und Futtermittel beachten
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung[3]

Achtung

H- und P-Sätze H: 319
P: 305+351+338[3]
Toxikologische Daten

5110 mg·kg−1 (LD50, Ratte, oral)[1]

Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

L-Arginin ist eine proteinogene α-Aminosäure. Für den Menschen ist sie semiessentiell. Der Name leitet sich vom lateinischen Wort argentum (Silber) ab, da die Aminosäure zuerst als Silber-Salz isoliert werden konnte. Diese Aminosäure hat den höchsten Masseanteil an Stickstoff von allen proteinogenen Aminosäuren. Im Dreibuchstabencode wird L-Arginin mit Arg und im Einbuchstabencode als R abgekürzt.

Wenn in Texten oder in der wissenschaftlichen Literatur „Arginin“ ohne weiteren Namenszusatz (Präfix) erwähnt wird, ist L-Arginin gemeint.

Vorkommen

L-Arginin ist weit verbreitet. Die folgenden Beispiele geben einen Überblick über Arginingehalte und beziehen sich jeweils auf 100 g des Lebensmittels, zusätzlich ist der prozentuale Anteil von gebundenem Arginin am Gesamtprotein angegeben.[4]

Lebensmittel Protein Arginin Anteil
Buchweizenkörner 13,25 g 0 982 mg 0 7,4 %
Erbsen, getrocknet 24,55 g 2188 mg 0 8,9 %
Erdnuss, geröstet 23,68 g 2832 mg 11,9 %
Hähnchenbrustfilet, roh 21,23 g 1436 mg 0 6,8 %
Hühnerei 12,57 g 0 820 mg 0 6,5 %
Kuhmilch, 3,7 % Fett 0 3,28 g 0 119 mg 0 3,6 %
Kürbiskerne 30,23 g 5353 mg 17,7 %
Lachs, roh 20,42 g 1221 mg 0 6,0 %
Mais-Vollkornmehl 0 6,93 g 0 345 mg 0 5,0 %
Pinienkerne 13,69 g 2413 mg 17,6 %
Reis, ungeschält 0 7,94 g 0 602 mg 0 7,6 %
Schweinefleisch, roh 20,95 g 1394 mg 0 6,7 %
Walnüsse 15,23 g 2278 mg 15,0 %
Weizen-Vollkornmehl 13,70 g 0 642 mg 0 4,7 %

Alle diese Nahrungsmittel enthalten praktisch ausschließlich chemisch gebundenes L-Arginin als Proteinbestandteil, jedoch kein freies L-Arginin.

Geschichte

L-Arginin wurde 1886 erstmals durch den deutschen Chemiker Ernst Schulze und seinen Doktoranden Ernst Steiger aus Lupinenkeimlingen isoliert.[5] 1894 gelang dann dem schwedischen Chemiker Sven Gustaf Hedin die Isolierung von Arginin aus tierischem Material durch die hydrolytische Spaltung von Hornsubstanz.[6] Durch einen Vergleich seines „tierischen“ Arginins mit ihm zur Verfügung gestellten Proben aus dem Labor Schulzes gelang Hedin der Nachweis der Übereinstimmung der beiden Substanzen.[7]

Eigenschaften

Arginin ist eine α-Aminosäure, die in ihrer Seitenkette eine hydrophile, basisch reagierende Guanidinogruppe enthält. Diese liegt im sauren, neutralen und schwach basischen Milieu protoniert vor, wobei die positive Ladung zwischen den Aminogruppen delokalisiert ist. Gemeinsam mit L-Lysin und L-Histidin gehört L-Arginin zur Gruppe der basischen Aminosäuren oder Hexonbasen.

Arginin liegt überwiegend als „inneres Salz“ bzw. Zwitterion vor, dessen Bildung dadurch zu erklären ist, dass das Proton der Carboxygruppe zum Guanidino-Rest wandert, der stärker basisch als die α-Aminogruppe ist:[8]

Zwitterionen von L-Arginin mit dem mesomeriestabilisierten Guanido-Kation

Im elektrischen Feld wandert das Zwitterion nicht, da es als Ganzes ungeladen ist. Genaugenommen ist dies am isoelektrischen Punkt (bei einem bestimmten pH-Wert, hier 10,8[9]) der Fall, bei dem das Arginin auch seine geringste Löslichkeit in Wasser besitzt.

Freies L-Arginin hat einen bitteren Geschmack.[10]

Stereochemie

In den Proteinen kommt ausschließlich L-Arginin [Synonym: (S)-Arginin] peptidisch gebunden vor. Enantiomer dazu ist das spiegelbildliche D-Arginin [Synonym: (R)-Arginin], das in Proteinen nicht vorkommt. Racemisches Arginin [Synonyma: DL-Arginin und (RS)-Arginin] besitzt geringe Bedeutung.

Strukturformel von L-Arginin
Strukturformel von D-Arginin
L-Arginin (oben) bzw. D-Arginin (unten)

Biosynthese

Im Harnstoffzyklus entsteht L-Arginin aus Carbamoylphosphat, L-Ornithin und L-Aspartat.

Industrielle Herstellungsverfahren

Für die Herstellung von L-Arginin gibt es zwei Verfahren:[11]

Das dabei erhaltene L-Arginin kann ggf. in einem weiteren Produktionsschritt durch Umsetzung mit Salzsäure in das stabilere L-Arginin-Hydrochlorid umgewandelt werden.

Funktionen

L-Arginin ist eine Quelle energiereicher Stickstoff-Phosphat-Verbindungen in Organismen und ist an zahlreichen biologischen Funktionen beteiligt. Es dient in Keimlingen und Speicherzellen als Stickstoff-Reservoir. L-Arginin ist ein Metabolit des Harnstoffzyklus, in dem das Ammoniak, das beim Abbau von Stickstoffverbindungen (z. B. Aminosäuren) entsteht, in Harnstoff umgewandelt wird. L-Arginin ist die alleinige Vorstufe von Stickstoffmonoxid (NO), einem der kleinsten Botenstoffe im menschlichen Körper. Durch Stickstoffmonoxid (NO)-Synthase entsteht aus L-Arginin der Endothelium-derived relaxing Factor (EDRF), der als NO identifiziert wurde. EDRF führt physiologisch zu einer Gefäßerweiterung, indem das NO in die Muskelschicht der Gefäße diffundiert. Es aktiviert dort die lösliche Guanylatcyclase und führt so zur Erschlaffung der glatten Muskulatur und zum Nachlassen des Gefäßtonus. Studien zeigen, dass Arginin über diese Gefäßerweiterung einen erhöhten Blutdruck signifikant senken kann.[12]

Aufgrund der gefäßerweiternden Funktion findet Arginin im Bodybuilding als sogenanntes „Pump-Supplement“ Anwendung, ohne dass diese biologische Wirkung bewiesen ist. Weiterhin führt das NO zur Hemmung der Thrombozytenaggregation und -adhäsion. Dadurch wird die Bereitschaft für thrombotische Veränderungen an Gefäßplaque-Rupturen herabgesetzt, dem häufigsten Grund für zerebrale Insulte. Es wird angenommen, dass Arginin die unterdrückte Immunantwort bei schweren Verletzungen, Mangelernährung, Sepsis und nach Operationen positiv beeinflussen kann. Bei zusätzlicher Gabe wird eine verbesserte zelluläre Immunantwort, eine Abnahme verletzungsbedingter Funktionsstörungen der T-Zellen und eine verstärkte Phagozytose beobachtet. Zusätzlich wird die Ausbildung der endothelialen Dysfunktion (gestörten Gefäßfunktion) verhindert.[13][14]

1998 erhielten die Wissenschaftler Robert F. Furchgott, Louis J. Ignarro und Ferid Murad für die Erforschung des Zusammenhangs von Arginin und NO den Nobelpreis für Medizin.

Neue Studien zeigen zudem, dass eine Supplementation mit Arginin die Freisetzung von Insulin aus den beta-Zellen der Pankreas fördern kann und gleichzeitig die Insulinresistenz signifikant verringert.[15][16] Neben der positiven Wirkung von L-Arginin auf die Glucosetoleranz sowie auf Insulinsensitivität und -produktion, führt eine L-Arginin-Supplementation zusätzlich zu einem verbesserten antioxidativen Status.[17]

Arginin antagonisiert die gefährlichen Wirkungen von ADMA auf die Gefäße, das als das asymmetrische Dimethylarginin die NO-Bildung entkoppelt und daher eine endotheliale Dysfunktion mit nitrosativem und oxidativem Stress auslöst.[18][19][20][21][22][23][24][25]

Bedarf

Der Mensch kann innerhalb des Harnstoffzyklus Arginin selbst synthetisieren, allerdings sind die entstehenden Mengen nicht ausreichend, um den Bedarf vor allem bei heranwachsenden Menschen vollständig zu decken. Daher ist L-Arginin für Kinder essentiell. Aber auch bei Erwachsenen wird der Bedarf an L-Arginin durch die körpereigene Produktion oft nicht ausreichend abgedeckt. Besonders in der Wachstumsphase, durch Stress, bei diversen Krankheiten (z. B. Arteriosklerose, Bluthochdruck, erektile Dysfunktion, Gefäßerkrankungen) oder nach Unfällen übersteigt der Bedarf an Arginin die vom menschlichen Organismus produzierte Menge[18][19][20] Auch im Alter steigt der Bedarf an L-Arginin stark an, da der endogene Gegenspieler, das asymmetrische Dimethylarginin (ADMA) um den Faktor 4 ansteigt und damit 40-fach erhöhte Argininkonzentrationen zur Neutralisierung der gefährlichen Effekte dieses Sterblichkeitsfaktors benötigt werden[18][19][20][21][22][23][24] Diese Mengen können nur durch eine diätetische Zufuhr gedeckt werden. Entscheidend für den Bedarf an L-Arginin sind daher auch Faktoren wie oxidativer und nitrosativer Stress sowie die ADMA-Spiegel und damit das L-Arginin-ADMA-Verhältnis.[18][19][25]

Bei einer Proteinzufuhr von etwa 70–90 g/Tag ergibt sich eine rechnerische tägliche Argininzufuhr von ca. 1–5 g/Tag.[18][26]

Medizinische Verwendung

L-Arginin wird zur Behandlung einer schweren metabolischen Alkalose verwendet. In der Kinderheilkunde ist L-Arginin auch zur Behandlung eines durch eine schwere angeborene Stoffwechselstörung bedingten erhöhten Ammoniakgehaltes im Blut (Hyperammonämie) angezeigt. Diagnostisch wird L-Arginin zur Abklärung eines Wachstumshormonmangels bei Minderwuchs eingesetzt.

Als (semi)essentielle Aminosäure ist L-Arginin obligatorischer Bestandteil einer parenteralen Ernährung. In Elektrolyt-Konzentraten zum Zusatz zu Infusionslösungen und in peroralen Diätetika wird L-Arginin ebenfalls eingesetzt.[27]

Pharmazeutisch verwendet wird meistens das L-Arginin-Hydrochlorid.

Arginin wird auch als Zusatz in Zahnpasta verwendet. Verglichen mit einer herkömmlichen Zahnpasta mit Fluoridzusatz wurde eine verbesserte Remineralisierung mit einer Kombination aus Arginin, Calciumcarbonat und Fluorid nachgewiesen.[28][29]

Supplemente

Arginin wird zur Supplementierung bei unzureichender Zufuhr oder erhöhtem Bedarf als diätetisches Lebensmittel, insbesondere als Lebensmittel für besondere medizinische Zwecke, gemäß Diätverordnung für verschiedene Krankheitszustände wie erektile Dysfunktion, Arteriosklerose im Frühstadium, endotheliale Dysfunktion und Bluthochdruck vermarktet.[18][23][24] Diese Indikationen sind für die diätetische Behandlung von Erkrankten etabliert. Die Verwendung gesundheitsbezogener Angaben (health claims), die hingegen den Beitrag von L-Arginin auf gesunde Menschen zur Unterstützung des Kreislaufsystems (Aufrechterhaltung einer normalen Durchblutung, eines gesunden Blutdrucks und der Hämatopoese), zur Unterstützung und Verbesserung der Erektion sowie zur Kräftigung der Muskeln und zur Bereitstellung von Stickoxid im Stoffwechsel betreffen, beurteilte die europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) 2011 als wissenschaftlich nicht gerechtfertigt.[30] Einzelne Arbeiten bestätigen die gesundheitsfördernden Wirkungen von L-Arginin bei Gesunden ebenso wie bei Arteriosklerose, endothelialer Dysfunktion und Bluthochdruck und empfehlen die Aminosäure zur Therapie der Herz-Kreislauf-Erkrankungen zugrundeliegenden Stoffwechselstörungen.[12][22][23][24][31][32][33]

Literatur

Einzelnachweise

  1. ↑ a b c d e f Datenblatt Arginin (PDF) bei Carl Roth
  2. ↑ a b c K.-J. Teresa u. a.: Nickel Ion Complexes of Amino Acids and Peptides. In: Metal Ions in Life Sciences. Band 2: Nickel and Its Surprising Impact in Nature. John Wiley & Sons, 2007, ISBN 978-0-470-01671-8; S. 67; doi:10.1002/9780470028131.ch3.
  3. ↑ a b Eintrag zu CAS-Nr. 74-79-3 in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA (JavaScript erforderlich)
  4. ↑ Nährstoffdatenbank des US-Landwirtschaftsministeriums, 22. Ausgabe.
  5. ↑ E. Schulze, Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft, Band 19, 1177ff, 1886.
  6. ↑ S. G. Hedin, Zeitschrift für physiologische Chemie, Band 20, S. 186, 1895.
  7. ↑ Sabine Hansen, Entdeckung der Aminosäuren, Berlin 2015.[1].
  8. ↑ Hans-Dieter Jakubke, Hans Jeschkeit: Aminosäuren, Peptide, Proteine. Verlag Chemie, 1982, ISBN 3-527-25892-2, S. 42.
  9. ↑ Allinger, Cava, de Jongh, Johnson, Lebel, Stevens: Organische Chemie, 1. Auflage, Walter de Gruyter, Berlin 1980, ISBN 3-11-004594-X, S. 1129.
  10. ↑ W. Ternes, A. Täufel, L. Tunger, M. Zobel (Hrsg.): Lebensmittel-Lexikon. 4. Auflage. Behr’s Verlag, Hamburg 2005, ISBN 3-89947-165-2, S. 62–63.
  11. ↑ Otto-Albrecht Neumüller (Hrsg.): Römpps Chemie Lexikon, Frank’sche Verlagshandlung, Stuttgart, 1983, 8. Auflage, S. 263–264, ISBN 3-440-04513-7.
  12. ↑ a b Dong JY, Qin LQ, Zhang Z, Zhao Y, Wang J, Arigoni F, Zhang W (2011): Effect of oral L-arginine supplementation on blood pressure: A meta-analysis of randomized, double-blind, placebo-controlled trials. In: Am Heart. Band 162, S. 959–965.
  13. ↑ U. Landmesser u. a.: Endothelial function: a critical determinant in atherosclerosis? In: Circulation. 109 (21 Suppl 1) 2004, S. II27–II33; PMID 15173060; PDF (freier Volltextzugriff, engl.).
  14. ↑ P. Fürst, H.-K. Biesalki u. a.: Ernährungsmedizin. Thieme-Verlag, Stuttgart 2004, S. 94–95.
  15. ↑ Monti LD, Setola E, Lucotti PC, Marrocco-Trischitta MM, Comola M, Galluccio E, Poggi A, Mammì S, Catapano AL, Comi G, Chiesa R, Bosi E, Piatti PM. (2012): Effect of a long-term oral l-arginine supplementation on glucose metabolism: a randomized, double-blind, placebo-controlled trial. In: Diabetes Obes Metab. 2012 Oct;14(10):893-900. doi:10.1111/j.1463-1326.2012.01615.x.
  16. ↑ Monti LD, Casiraghi MC, Setola E, Galluccio E, Pagani MA, Quaglia L, Bosi E, Piatti P. (2013): L-arginine enriched biscuits improve endothelial function and glucose metabolism: a pilot study in healthy subjects and a cross-over study in subjects with impaired glucose tolerance and metabolic syndrome. In: Metabolism. 2013 Feb;62(2):255-64. doi:10.1016/j.metabol.2012.08.004.
  17. ↑ Fazelian S, Hoseini M, Namazi N, Heshmati J, Sepidar Kish M, Mirfatahi M, Some Olia AS. (2014): Effects of L- Arginine Supplementation on Antioxidant Status and Body Composition in Obese Patients with Pre-diabetes: A Randomized Controlled Clinical Trial. In: Adv Pharm Bull. 2014 Oct;4(Suppl 1):449-54. doi:10.5681/apb.2014.066.
  18. ↑ a b c d e f A. Ströhle, A. Hahn: Arginin bei Atherosklerose: Diätetische Maßnahmen bei Atherosklerose – Stellenwert von L-Arginin. In: Deutsche Apotheker Zeitung Teil 1, Band 20, 2012, S. 97–102 und Teil 2: Band 21, S. 74–83.
  19. ↑ a b c d B. Poeggeler: L-Arginin schützt vor nitrosativem Stress. In: Perfusion, Band 25, Nr. 2, 2012, S. 40–43.
  20. ↑ a b c I. Seljeflot I., B. B. Nilsson, A. S. Westheim, V. Bratseth, H. Arnesen: The L-arginine-asymmetric dimethylarginine ratio is strongly related to the severity of chronic heart failure. No effects of exercise training. In: J. Cardiac. Fail. Band 17, 2011, S. 135–142.
  21. ↑ a b M. Anderssohn, M. Rosenberg, E. Schwedhelm, C. Zugck, M. Lutz, N. Lüneburg, N. Frey, R. H. Böger: The L-Arginine-asymmetric dimethylarginine ratio is an independent predictor of mortality in dilated cardiomyopathy. In: J. Card. Fail. Band 18, Nr. 12, 2012, S. 904–911.
  22. ↑ a b c F. Pizzarelli, R. Maas, P. Dattolo, G. Tripepi, S. Michelassi, G. D’Arrigo, M. Mieth, S. Bandinelli, L. Ferrucci, C. Zoccali: Asymmetric dimethylarginine predicts survival in the elderly. In: Age, Band 35, Nr. 6, 2013, S. 2465–2475.
  23. ↑ a b c d S. M. Bode-Böger, J. Muke, A. Surdacki, G. Brabant, R. H. Böger, J. C. Frölich: Oral L-arginine improves endothelial function in healthy individuals older than 70 years. In: Vasc. Med. Band 8, 2003, S. 77–81.
  24. ↑ a b c d K. Jung, O. Petrowicz: L-Arginin und Folsäure bei Arteriosklerose. Ergebnisse einer prospektiven, multizentrischen Verzehrsstudie. In: Perfusion, Band 21, 2008, S. 148–156.
  25. ↑ a b K. SydowR. H. Böger: Reloaded: ADMA and oxidative stress are responsible for endothelial dysfunction in hyperhomocyst(e)inaemia: effects of L-arginine and B vitamins. In: Cardiovasc. Res., 2012, doi:10.1093/cvr/cvs205.
  26. ↑ A. Hahn: Nahrungsergänzungsmittel und ergänzende bilanzierte Diäten. Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft, Stuttgart 2006, S. 295.
  27. ↑ S. Ebel, H. J. Roth (Hrsg.): Lexikon der Pharmazie. Georg Thieme Verlag, 1987, ISBN 3-13-672201-9, S. 56.
  28. ↑ R. Cantore, I. Petrou, S. Lavender, P. Santarpia, Z. Liu, E. Gittins, M. Vandeven, D. Cummins, R. Sullivan, N. Utgikar: In situ clinical effects of new dentifrices containing 1.5% arginine and fluoride on enamel de- and remineralization and plaque metabolism. In: The Journal of clinical dentistry. Band 24 Spec no A, 2013, S. A32–A44, PMID 24156138.
  29. ↑ I. Petrou, R. Heu, M. Stranick, S. Lavender, L. Zaidel, D. Cummins, R. J. Sullivan, C. Hsueh, J. K. Gimzewski: A breakthrough therapy for dentin hypersensitivity: how dental products containing 8 % arginine and calcium carbonate work to deliver effective relief of sensitive teeth. In: The Journal of clinical dentistry. Band 20, Nummer 1, 2009, S. 23–31, PMID 19489189.
  30. ↑ Scientific Opinion on the substantiation of health claims related to L-arginine and “immune system functions” (ID 455, 1713), growth or maintenance of muscle mass (ID 456, 1712, 4681), normal red blood cell formation (ID 456, 664, 1443, 1712), maintenance of normal blood pressure (ID 664, 1443), improvement of endothelium-dependent vasodilation (ID 664, 1443, 4680), “physical performance and condition” (ID 1820), “système nerveux” (ID 608), maintenance of normal erectile function (ID 649, 4682), contribution to normal spermatogenesis (ID 650, 4682), “function of the intestinal tract” (ID 740), and maintenance of normal ammonia clearance (ID 4683) pursuant to Article 13(1) of Regulation (EC) No 1924/20061
  31. ↑ P. Lucotti, L. Monti, E. Setola, G. La Canna, A. Castiglioni, A. Rossodivita, M. G. Pala, F. Formica, G. Paolini, A. L. Catapano, E. Bosi, O. Alfieri, P. Piatti: Oral L-arginine supplementation improves endothelial function and ameliorates insulin sensitivity and inflammation in cardiopathic nondiabetic patients after an aortocoronary bypass. In: Metabolism, Band 58, Nr. 9, 2009, S. 1270–1276.
  32. ↑ Y. Bai, L. Sun, T. Yang, K. Sun, R. Chen J. Hui: Increase in fasting vascular endothelial function after short-term oral L-arginine is effective when baseline flow-mediated dilation is low: a meta-analysis of randomized controlled trials. In: Am. J. Clin. Nutr. Band 89, Nr. 1, 2009, S. 77–84.
  33. ↑ J. W. Drover, R. Dhaliwal, L. Weitzel, P. E. Wischmeyer, J. B. Ochoa, D. K. Heyland: Perioperative use of arginine-supplemented diets: a systematic review of the evidence. In: J. Am. Coll. Surg. Band 212, Nr. 3, 2011, S. 385–399.

Weblinks

Wiktionary: Arginin – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
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