γ-Aminobuttersäure

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Strukturformel
Strukturformel der Gamma-Aminobuttersäure
Allgemeines
Name γ-Aminobuttersäure
Andere Namen
  • 4-Aminobuttersäure
  • 4-Aminobutansäure
  • Piperidinsäure
  • γ-Aminobutansäure
  • GABA
Summenformel C4H9NO2
Kurzbeschreibung

farbloser Feststoff[1]

Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 56-12-2
EG-Nummer 200-258-6
ECHA-InfoCard 100.000.235
PubChem 119
Wikidata Q210021
Eigenschaften
Molare Masse 103,12 g·mol−1
Aggregatzustand

fest

Schmelzpunkt

203 °C (Zersetzung)[2]

pKs-Wert

4,05[2]

Löslichkeit

sehr gut in Wasser (1300 g·l−1 bei 25 °C)[2]

Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung [1]
07 – Achtung

Achtung

H- und P-Sätze H: 315​‐​319​‐​335
P: 261​‐​305+351+338 [1]
Toxikologische Daten

12.680 mg·kg−1 (LD50Mausoral)[2]

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

Die γ-Aminobuttersäure (englisch gamma-Aminobutyric acid, abgekürzt GABA), seltener auch 4-Aminobuttersäure oder Piperidinsäure genannt, ist ein Amin der Buttersäure und eine nichtproteinogene Aminosäure. Die Stellung der Aminogruppe (am Cγ-Atom) bezüglich der Carboxygruppe unterscheidet sie als γ-Aminosäure von (proteinogenen) α-Aminosäuren.

Biologisch ist γ-Aminobuttersäure oder GABA bei vielen Lebewesen ein bedeutender endogener Botenstoff, der als biogenes Amin durch Decarboxylierung der Glutaminsäure gebildet wird, insbesondere von Nervenzellen. Im Gehirn erwachsener Säugetiere ist GABA so der hauptsächliche Neurotransmitter von inhibitorischen (hemmenden) Synapsen; während fetaler Reifungsphasen ist die Wirkung hingegen oft exzitatorisch (erregend).

Bindung an GABAerge Makromoleküle[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

GABA bindet an spezifische biologische Makromoleküle. So aktiviert es ionotrope und metabotrope GABA-Rezeptoren; es passiert Membranen über plasmalemmale (GAT) und vesikuläre (VGAT) Transporter und ist Substrat der Transaminase.

Der Bindungskomplex wurde 2018 mittels Elektronenmikroskopie näher charakterisiert. In überwiegend gestreckter Konformation bindet GABA mit seiner Aminogruppe an die Schleifen B und C der Rezeptoruntereinheit beta (β), und zwar über eine Salzbrücke mit Glutaminsäure (β-E155), eine aromatische Kation–Pi-Bindung (β-Y205) und eine Wasserstoffbrückenbindung (β-Y97). Die Carboxygruppe des Liganden geht zwei Wasserstoffbrückenbindungen ein (β-T202 und α-T129) und bildet mit der Rezeptoruntereinheit alpha (α) eine Salzbrücke über Arginin (α-R66). In seiner Lage stabilisiert wird der Ligand durch umgebende Aromaten (β-Y205, β-F200, β-Y157, α-F64). Schwach bindet GABA auch an homologe Bindungsstellen α+/β-.[3] GABA stabilisiert gebunden die geöffnete Konformation des Rezeptors, erhöht damit den Anionen-Einstrom, und führt so zu einer entsprechenden Änderung des Membranpotentials.
  • GABAA-ρ-Rezeptoren: Der einst als GABAC-Rezeptor bezeichnete Typ ist ebenfalls ein ionotroper Rezeptor. Er unterscheidet sich vom GABAA-Rezeptor dadurch, dass er aus ρ-Untereinheiten zusammengesetzt ist. An diesem Rezeptor sind pharmakologische Substanzen wie Benzodiazepine und Barbiturate unwirksam.
  • GABAB-Rezeptoren: Dieser Typ gehört zu den G-Protein-gekoppelten Rezeptoren (metabotrop). Er vermittelt eine erhöhte Öffnungswahrscheinlichkeit von Kalium-Ionenkanälen. Dies führt zur Hyperpolarisation der Zellmembran. Weiterhin wird die Offenwahrscheinlichkeit für Calcium-Kanäle vermindert. Dieser Effekt macht sich hauptsächlich präsynaptisch bemerkbar, hier wird die Transmitter-Ausschüttung vermindert.

Biosynthese und Metabolismus[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

GABA entsteht mittels der Glutamat-Decarboxylase (GAD) aus Glutamat. In einem Schritt wird also aus dem wichtigsten exzitatorischen der wichtigste inhibitorische Neurotransmitter.

Biosynthese von γ-Aminobuttersäure

GABA wird zum Teil in benachbarte Gliazellen transportiert. Dort wird es durch die GABA-Transaminase zu Succinat-Semialdehyd umgewandelt und kann so in den Citratzyklus eingeschleust und abgebaut werden.

GABA-Rezeptoren kommen häufig an der präsynaptischen Zelle vor, was zu einer präsynaptischen Hemmung führt. Der Neurotransmitter GABA kann nach seiner Verwendung entweder wieder in die präsynaptische Zelle aufgenommen und in synaptischen Vesikeln gespeichert, durch die GABA-Transaminase metabolisiert oder im Glutaminzyklus in Gliazellen weiterverarbeitet werden.

GABA-Rezeptoren spielen auch bei der Hirnentwicklung eine wichtige Rolle. Interessanterweise wirkt GABA beim Fötus exzitatorisch und ist essentiell für die Etablierung neuronaler Verbindungen.

Rolle von GABA in der Bauchspeicheldrüse[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

GABA ist als inhibitorischer Neurotransmitter bekannt. In verschiedenen endokrinen Zellen hemmt GABA die Hormonsekretion, indem es die Zellmembran hyperpolarisiert. Bedeutendste Wirkung in der Bauchspeicheldrüse ist die Hemmung der Glucagonsekretion der Alphazellen der Langerhans-Inseln.

Synthese und Sekretion[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

In der insulinbildenden Betazelle der Langerhans-Inseln der Bauchspeicheldrüse entsteht GABA aus Glutamat durch das Enzym GAD65 (Glutamat-Decarboxylase) und die Isoform GAD67. Die Betazelle sezerniert GABA über drei Systeme: über SLMV (synaptic-like-microvesicles, die synaptischen Vesikeln ähneln), über einen geringen Teil der LDCV (large dense core vesicles, die den Insulin-Zink-Komplex enthalten), und wahrscheinlich zusätzlich über (unspezifische?) Transportsysteme der Plasmamembran für organische Säuren und Aminosäuren.

Die jeweiligen Vesikel verfügen über einen GABA-Transporter (VIAAT/VGAT) und eine vakuoläre H+-ATPase, die durch Protonentransport in die Granule hinein (Ansäuerung) einen elektrochemischen Gradienten aufbaut und damit den Antrieb für die Beladung der Granule bildet.

Regulation[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die GABA-Sekretion ist zunächst konstitutiv (alle vier Stunden wird der Gesamtbestand sezerniert). Zusätzlich erfolgt die vesikuläre Sekretion, die ähnlich wie die des Insulins durch Calciumeinstrom reguliert wird (10 % der LDCV-Insulingranulen enthalten GABA; die SLMV werden ebenfalls auf einen Calciumeinstrom hin sezerniert). Die Menge der sezernierbaren GABA wird u. a. durch cAMP/PKA reguliert (Stimulation des Systems z. B. durch Glucagon-like Peptid 1 (GLP1)), indem GAD67 induziert wird, und allen physiologischen Konzepten entgegen eher verringert durch Glucose, da GABA über den GABA shunt in den Mitochondrien verstoffwechselt wird. Das limitierende Enzym ist die GABA-Transaminase GABA-T.

Wirkung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die sezernierte GABA befindet sich im Zellzwischenraum und gelangt durch Diffusion oder über den regulären Kapillarfluss zum Inselmantel. Dort erreicht sie die glucagonproduzierenden Alphazellen. Diese verfügen über einen ionotropen GABAA-Rezeptor. Dessen Aktivierung bewirkt einen Chlorideinstrom und die Hyperpolarisation der Plasmamembran und somit die Hemmung der Glucagonsekretion.

Physiologie[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Ein altes Konzept besagt, dass Glucose die Glucagonsekretion hemmt. Ein hierbei relevantes Prinzip ist, dass durch Glucose die Anzahl der GABAA-Rezeptoren auf der Alphazelle erhöht wird. GABA ist in hoher Konzentration (konstitutionell) vorhanden. Etwa 30 % des Glucoseeffektes lassen sich somit über GABA erklären. GABA hat auf die Betazelle keinen rezeptorvermittelten Effekt; die Somatostatinsekretion der Deltazelle wird ebenfalls inhibiert.

Klinischer Ausblick[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Man versucht, die erhöhte Glucagonbildung des Diabetikers durch einen Mangel an GABA (durch ausbleibende Synthese bei fehlenden oder erschöpften Betazellen) zu erklären. Es existiert die Vorstellung einer durch den GABAA-Rezeptor vermittelten Suppression der Aktivität der T-Lymphozyten.

GABA-Modulatoren[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Für die Grundlagenforschung werden als GABA-Antagonisten neben dem synthetischen Wirkstoff Gabazin die Pflanzengifte Picrotoxin der Scheinmyrte und Bicucullin der Herzblumen verwendet. Als GABA-Agonist ist Muscimol, eines der Gifte des Fliegenpilzes relevant. Als Agonist in der medizinischen Anwendung dient der Wirkstoff Baclofen.[4][5][6]

Siehe auch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • H. Lüllmann, K. Mohr, M. Wehling: Pharmakologie und Toxikologie. 15. Auflage, Thieme Verlag, 2003, ISBN 3-13-368515-5.
  • Klaus Aktories, Ulrich Förstermann, Franz Hofmann, Wolfgang Forth: Allgemeine und spezielle Pharmakologie und Toxikologie. 9. Auflage. Urban & Fischer, 2004, ISBN 3-437-42521-8.
  • Robert M. Julien: Drogen und Psychopharmaka. Spektrum Akademischer Verlag, 1997, ISBN 3-8274-0044-9.

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. a b c Datenblatt γ-Aminobutyric acid bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 26. April 2011 (PDF).
  2. a b c d Eintrag zu γ-Aminobuttersäure in der ChemIDplus-Datenbank der United States National Library of Medicine (NLM), abgerufen am 31. Juli 2018 oder früher.
  3. Phulera S, Zhu H, Yu J, Claxton DP, Yoder N, Yoshioka C, Gouaux E: Cryo-EM structure of the benzodiazepine-sensitive α1β1γ2S tri-heteromeric GABAA receptor in complex with GABA. In: Elife. 7, July 2018. doi:10.7554/eLife.39383. PMID 30044221. PMC 6086659 (freier Volltext).
  4. W. Bautista, J. Aguilar, J. E. Loeza-Alcocer, R. Delgado-Lezama: Pre- and postsynaptic modulation of monosynaptic reflex by GABAA receptors on turtle spinal cord. In: The Journal of physiology. Band 588/14, Juli 2010, S. 2621–2631, doi:10.1113/jphysiol.2010.188979, PMID 20519320, PMC 2916992 (freier Volltext).
  5. Makoto Taketani: Advances in Network Electrophysiology. Springer Science & Business Media, 2006, ISBN 978-0-387-25858-4, S. 305 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  6. B. H. Liu, G. K. Wu, R. Arbuckle, H. W. Tao, L. I. Zhang: Defining cortical frequency tuning with recurrent excitatory circuitry. In: Nature neuroscience. Band 10, Nummer 12, Dezember 2007, S. 1594–1600, doi:10.1038/nn2012, PMID 17994013, PMC 2447868 (freier Volltext).

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

 Commons: Gamma-Aminobutyric acid – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
 Wiktionary: Gamma-Aminobuttersäure – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
 Wikibooks: Glutamat- und Glutamin-Stoffwechsel – Lern- und Lehrmaterialien