Glutamin

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Strukturformel
L-Glutamin D-Glutamin
L-Glutamin (links) bzw. D-Glutamin (rechts)
Allgemeines
Name Glutamin
Andere Namen
Summenformel C5H10N2O3
CAS-Nummer
  • 56-85-9 (L-Enantiomer)
  • 5959-95-5 (D-Enantiomer)
  • 585-21-7 (DL-Glutamin)
PubChem 5961
DrugBank NUTR00026
Kurzbeschreibung

farb- und geruchloser Feststoff [1]

Eigenschaften
Molare Masse 146,15 g·mol−1
Aggregatzustand

fest

Schmelzpunkt

185–186 °C [1]

pKs-Wert
  • pKCOOH: 2,18 (25 °C)[2]
  • pKNH2: 9,00 (25 °C)[2]
Löslichkeit
  • löslich in Wasser: 26 g·l−1 (18 °C) [1]
  • unlöslich in Methanol, Benzol und Chloroform[3]
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung [1]
keine GHS-Piktogramme
H- und P-Sätze H: keine H-Sätze
P: keine P-Sätze [1]
Toxikologische Daten

7500 mg·kg−1 (LD50Ratteoral)[1]

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

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L-Glutamin, abgekürzt Gln oder Q, ist eine proteinogene, für den Menschen nicht essentielle α-Aminosäure und stellt das γ-Mono-Amid der L-Glutaminsäure dar. Im Dreibuchstabencode wird sie als Gln und im Einbuchstabencode als Q bezeichnet. Im Stoffwechsel ist L-Glutamin ein universeller Aminogruppen-Donor. Im Blutplasma kommt Glutamin mit einem Mengenanteil von 20 % als Hauptbestandteil des Pools an freien Aminosäuren vor. Bei hyperkatabolen und hypermetabolen Krankheitszuständen, wie z. B. nach Operationen, schweren Verletzungen, Verbrennungen und Infektionen ist stets eine ausgeprägte Glutaminverarmung zu beobachten.

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

Stereoisomerie[Bearbeiten]

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

Vorkommen[Bearbeiten]

Glutamin kommt zu durchschnittlich 3,9 % – gebunden in Proteinen – vor; auch in freier Form findet sich die Aminosäure häufig in allen Pflanzen, Tieren, Pilzen und Bakterien als zentraler Metabolit im Stoffwechsel aller Lebewesen.[3]

Nahrungsmittel mit hohem Glutamingehalt sind Weizen (4.080 mg/100 g), Dinkelmehl (5.170 mg/100 g), Linsen (4.490 mg/100 g), Mungobohnen (4.810 mg/100 g), Sojabohnen (6.490 mg/100 g), Erdnüsse (5.630 mg/100 g), verschiedene Käsesorten (3.050–8.100 mg/100 g) sowie Rind- (4.130 mg/100 g), Hammel- (4.300 mg/100 g) und Schweinefleisch (3.910 mg/100 g).[4] Alle diese Nahrungsmittel enthalten praktisch ausschließlich chemisch gebundenes L-Glutamin als Proteinbestandteil, jedoch kein freies L-Glutamin.

Eigenschaften[Bearbeiten]

Das farblose, kristalline Glutamin ist unlöslich in Alkoholen, Benzol und Chloroform. Mäßig löslich ist es hingegen in Wasser (100 g/l bei 40 °C).

Glutamin liegt überwiegend als „inneres Salz“ bzw. Zwitterion vor, dessen Bildung dadurch zu erklären ist, dass das Proton der Carboxygruppe an das freie Elektronenpaar des Stickstoffatoms der Aminogruppe wandert:

Zwitterionen von L-Glutamin (links) bzw. D-Glutamin (rechts)

Zwitterionen von L-Glutamin (links) bzw. D-Glutamin (rechts)

Im elektrischen Feld wandert das Zwitterion nicht, da es als Ganzes ungeladen ist. Genaugenommen ist dies am isoelektrischen Punkt (bei einem bestimmten pH-Wert) der Fall, bei dem das Zwitterion auch seine geringste Löslichkeit in Wasser hat. Sein isoelektrischer Punkt liegt bei 5,65. [5]

Herstellung[Bearbeiten]

Großtechnisch wird L-Glutamin fermentativ hergestellt.[6]

Biochemie[Bearbeiten]

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[Bearbeiten]

Mit einem Mengenanteil von 20 % ist Glutamin Hauptbestandteil des Pools an freien Aminosäuren im Blutplasma (400-600 µmol/l).[7] Glutamin kommt in der höchsten Konzentration in den Muskelzellen (ca. 35 mmol/l) vor, die dieses auch hauptsächlich synthetisieren. 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 mit einer deutlichen Glutaminverarmung im Blut und in der Muskulatur einher, ohne dass reaktiv die Glutaminsynthese gesteigert wird. 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) und für Leberzellen ein wichtiges Substrat dar. Daraus wurde die These entwickelt, dass Glutamin eine "bedingt essentielle" Aminosäure sei, die besonders bei schweren Erkrankungen notwendig ist. Entsprechend entstand die Hypothese, dass eine Glutamin-Supplementierung bei schwerkranken Patienten zu einem besseren Ergebnis führen würde.

Hingegen zeigte eine internationale multizentrische randomisierte Doppelblindstudie an über 1200 schwerkranken mechanisch beatmeten Intensivpatienten mit Multiorganversagen, die in der Verumgruppe sowohl enteral als auch parenteral Glutamin erhielten, eine signifikant erhöhte Mortalität von 32,4 % (Placebo 27,2 %) mit einem adjustierten Risikofaktor von 1,09 nach 28 Tagen. Auch nach sechs Monaten war die Mortalität unter Glutaminbehandlung signifikant höher, jedoch hatte Glutamin keinen Einfluss auf das Organversagen oder die Infektionsrate.[8] Somit erscheint eine Glutamin-Substitution in der Intensivmedizin obsolet und in einem Kommentar wird sogar von einer "Glutamintoxizität" gesprochen. Der verminderte Glutaminspiegel bei schwerkranken Patienten könnte somit weniger eine Folge eines Mangels als vielmehr ein positiver Adaptationsmechanismus sein.[9]

Funktion im Nervensystem[Bearbeiten]

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[Bearbeiten]

Für die Zellkultur von vielen Tumorzellen ist Glutamin in hohem Überschuss notwendig. Wie bereits oben erwähnt hat das menschliche Blut eine Konzentration von 500 bis 900 µmol/l Glutamin, in der Zellkultur wird allerdings meist mit 2000–4000 µmol/l gearbeitet. Das liegt daran, dass viele Arten von Tumorzellen wesentlich mehr Glutamin aufnehmen und verstoffwechseln als normale Körperzellen.[10] 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.[11][12] Aufgrund dieser Abhängigkeit werden und wurden verschiedene Glutaminanaloga wie DON, Azaserin oder Acivicin zur Behandlung von verschiedenen soliden Tumoren getestet.

Polyglutamin[Bearbeiten]

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.[13][14]

Siehe auch[Bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. a b c d e f g Datenblatt "S-(+)-Glutamin" bei Merck, abgerufen am 15. Februar 2013.
  2. a b CRC Handbook of Chemistry and Physics, Ed. D.R. Lide, 85th Ed., CRC Press, Boca Raton, FL, 2005.
  3. a b L-Glutamin. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 13. Oktober 2013.
  4. Glutamingehalt von Lebensmitteln. DocMedicus, Deutsche Gesellschaft für Nährstoffmedizin und Prävention, abgerufen am 13. Oktober 2013.
  5. P. M. Hardy: The Protein Amino Acids in G. C. Barrett (Herausgeber): Chemistry and Biochemistry of the Amino Acids, Chapman and Hall, 1985, ISBN 0-412-23410-6, S. 9.
  6. Yoshiharu Izumi, Ichiro Chibata und Tamio Itoh: Herstellung und Verwendung von Aminosäuren, Angewandte Chemie 90 (1978) 187-194; Angewandte Chemie International Edition in English 17, 176–183.
  7. PB Soeters, I Grecu: Have we enough glutamine and how does it work? A clinican's view (freier Volltext). In: Annals of nutrition & metabolism 2012; 60(1): S. 17–26. PMID 22212454.
  8. Daren Heyland, John Muscedere, Paul E. Wischmeyer, Deborah Cook, Gwynne Jones, Martin Albert, Gunnar Elke, Mette M. Berger und Andrew G. Day für die "Canadian Critical Care Trials Group": A Randomized Trial of Glutamine and Antioxidants in Critically Ill Patients New England Journal of Medicine 2013, Band 368, Ausgabe 16 vom 18. April 2013, Seiten 1489-1497, DOI: 10.1056/NEJMoa1212722
  9. Greet Van den Berghe: Low Glutamine Levels during Critical Illness — Adaptive or Maladaptive? New England Journal of Medicine 2013, Band 368, Ausgabe 16 vom 18. April 2013, Seiten 1549-1550, DOI: 10.1056/NEJMe1302301
  10. B. C. Fuchs, B. P. Bode: Amino acid transporters ASCT2 and LAT1 in cancer: partners in crime? In: Seminars in Cancer Biology. Band 15, Nummer 4, August 2005, S. 254–266, ISSN 1044-579X, doi:10.1016/j.semcancer.2005.04.005, PMID 15916903.
  11. M. Yuneva, N. Zamboni u. a.: Deficiency in glutamine but not glucose induces MYC-dependent apoptosis in human cells. In: The Journal of cell biology. Band 178, Nummer 1, Juli 2007, S. 93–105, ISSN 0021-9525. doi:10.1083/jcb.200703099. PMID 17606868. PMC 2064426 (freier Volltext).
  12. D. R. Wise, R. J. DeBerardinis u. a.: Myc regulates a transcriptional program that stimulates mitochondrial glutaminolysis and leads to glutamine addiction. In: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. Band 105, Nummer 48, Dezember 2008, S. 18782–18787, ISSN 1091-6490. doi:10.1073/pnas.0810199105. PMID 19033189. PMC 2596212 (freier Volltext).
  13. J. Rutishauser: Morbus Huntington: disrupt the fatal attraction. (PDF; 163 kB) In: Schweiz Med Forum, 24/2002, S. 586–587.
  14. E. Cattaneo u. a: Das Rätsel der Chorea Huntington In: Spektrum der Wissenschaft, JANUAR 2004, S. 60–66.