Glutamin: Funktion, Wirkung und Kontext

Glutamin: GABA, Glutamat und Nervenleistung

Das Anschwellen von Zellen hat oft etwas mit einer Veränderung von Zellwänden und deren Gradienten zu tun und weist für gewöhnlich ebenfalls auf einen angeregten Zustand einer Zelle hin. Schwillt eine Zelle an, fließen meist Natrium und Kalzium hinein und regen damit Energieverbrauch und Oxidation an. Bekannt ist vermutlich inzwischen einigen Lesern, dass ein solcher Vorgang wichtig ist. Eine Anregung von Zellen ist immer dann sinnvoll, wenn wir auf einen Stimulus reagieren wollen. Ohne das Anschwellen von Zellen, dem Einfluss von Kalzium und einer vermehrten Produktion von Energie würden wir träge in den Seilen hängen, während der bedrohliche Säbelzahntiger sich verwundert am Kopf kratzt und sich fragt, warum wir nicht vor ihm weglaufen. Wir würden einfach nicht die Energie für solche emotionalen und körperlichen Reaktionen produzieren. So wie Kalzium und andere Stoffe an so einer Reaktion beteiligt sind, ist auch Glutamin und seine Umwandlung in Glutamat von hoher Wichtigkeit bei solchen Prozessen. Wir brauchen Signalgeber wie Glutamat, um angemessen auf Stress und seine Belastungen reagieren zu können. Aus diesem Grund hat unser Körper schließlich seine Stress-Transmitter wie Cortisol, Adrenalin, ACTH und Glutamat. Auch andere Aminosäuren wie Prolin, Cystein, Glycin, Histidin und Beta-Alanin spielen unterer anderem hier eine Rolle – zum Teil regulierend, stimulierend, positiv oder aber negativ. Da Glutamin eine hervorragende Quelle für Glutamat ist, kann man daher auch nachvollziehen, warum unter Stress Glutamin an Bedeutung für den Körper zunimmt. Ist der Körper ausreichend damit versorgt, kann er besser unter Stress reagieren. Doch was kurzfristig nach einem guten Supplement klingen mag, kann auf Dauer seinen Preis besitzen und auch eine Glutamintoxizität ist schnell erklärt.

Entnommen aus:

Researching glutamate – induced cytotoxicity in different cell lines: a comparative/collective analysis/study, Front Cell Neurosci. 2015; 9: 91. Published online 2015 Mar 17. doi: 10.3389/fncel.2015.00091

Damit wäre Glutamin durchaus zwar anregend, was für kurzfristige Höchstleistungen sinnvoll ist, aber dauerhaft  wohl eher unerwünscht ist in der heutigen Zeit. Glutamin bzw. Glutamat sind an sich nicht “schlecht“, allerdings sind wir in der heutigen Moderne leicht chronisch überstimulierbar und genau dann kann sich ein möglicherweise positiver Effekt umkehren in etwas Schlechtes. Wer möchte neben all den grellen Lichtern, langen Arbeitszeiten, Deadlines und Computerbildschirmen noch weiter den Körper anregen – oder stressen? Doch an dieser Stelle endet die Geschichte zu Glutamin noch nicht und neben Glutamat gibt es noch eine andere Seite der Medaille: GABA bzw. Gamma-Aminobuttersäure.

GABA wird durch ein Enzym namens Glutamat-Decarboxylase aus Glutamat gewonnen und hat im Gegensatz zu seinem Vorspieler eine entspannende Wirkung. Aminosäuren wie Beta-Alanin und Glycin haben eine Strukturelle Ähnlichkeit zu GABA und scheinen ähnlich zu wirken.

Glucose is the principal precursor for GABA production in vivo, although pyruvate and other amino acids also can act as precursors. The first step in the GABA shunt is the transamination of α-ketoglutarate, formed from glucose metabolism in the Krebs cycle by GABA α-oxoglutarate transaminase (GABA-T) into l-glutamic acid [4] (Fig. 16-1). Glutamic acid decarboxylase (GAD) catalyzes the decarboxylation of glutamic acid to form GABA. [Studie]

Somit wird GABA aus Glutamat gewonnen. Doch was sorgt dafür, dass wir davon mehr bekommen, als von seinem anregenden, exzitotoxischen Vorgänger? Zumindest können wir durch einige Studien ein paar Vermutungen äußern. Vielleicht auch zu der Frage, warum Krebszellen so süchtig nach Glutamin zu sein scheinen.

In einer Studie wurden Tiere mit Blei – einem Schwermetall – vergiftet und auf Verschiebungen von Glutamin, Glutamat und GABA untersucht [5]. Tatsächlich fand man heraus, dass bei einer Zugabe von Stressoren wie Blei eine deutliche Erhöhung von Glutamat bei den Tieren im Gehirn gefunden werden konnte. Doch nicht nur Blei-Vergiftungen sind dafür verantwortlich, sondern generell erhöhte Belastungen scheinen einen direkten Einfluss auf das Gleichgewicht zu erzielen. Solche Funde entsprechen also recht genau dem gerade gezeichneten Bild. Glutamat ist wichtig für eine Reaktion auf Stressoren und stimuliert den Körper. Zusammen mit weiteren Stress-Substanzen entsteht langsam ein Stoffwechsel-Bild, das erklären kann, warum chronische Belastung dem Körper so sehr schaden kann:

In einer weiteren Studie wurden Mäuse mit Sauerstoff geflutet [6]. Obwohl Sauerstoff für viele Lebewesen lebenswichtig ist, bleibt es doch ein hoch reaktives Gas, das viel Schaden in unserem Körper anrichten kann. Aus diesem Grund kann unser Körper ebenfalls Stickstoffoxid in seinen Zellen produzieren, um die Produktion von Energie durch Sauerstoff in unseren kleinen Organismen zu drosseln und so vor dem sicheren Zelltod zu schützen. Stickstoffoxid jedoch ist genauso wie Glutamat nicht unbedingt etwas Gutes für Zellen und kann selbst im Exzess großen Schaden anrichten (siehe Artikel zu Arginin).

Overall, the simplified excitotoxicity index Glu/GABA increased significantly after 60 min of HBO2 in control but fell in rats treated with 7-NI. We conclude that HBO2-stimulated neuronal NO production promotes an imbalance between glutamatergic and GABAergic synaptic function implicated in the genesis of oxygen-induced seizures. [Studie]

Zusammengefasst also sorgte in dieser Studie ein Übermaß an Sauerstoff zu einer erhöhten Produktion von Stickstoffoxid, was wiederum die Balance von Glutamat und GABA in Richtung von Glutamat verschob. Die Mäuse zeigten also nicht nur äußerlich durch Krampfanfälle, dass ein solches Experiment schwer mit dem Leben zu vereinbaren war. Für uns bedeutet das aber auch noch etwas anderes. Glutamin, während es neben dem Erhalt von zellulärer Struktur und aufbauenden Prozesse wichtig ist, spielt eine große Rolle für die Funktionsfähigkeit von neuronalen Impulsen, der Stimulierung und Entspannung von Zellen. Selbst ist es weder gut noch schlecht, doch es reagiert stark mit unserer Situation. Sind wir vergiftet oder unter starkem Stress, wird mehr Glutamat vom Körper verwendet und weniger GABA produziert. Eigentlich ist das ziemlich logisch, oder? Schließlich stehen wir unter Stress.

Glutamin: Zusammenfassung, Darm und Krebs

Dass wir Glutamat überhaupt produzieren, obwohl es so viel “schlechte Presse“ erhält braucht nicht viel Erklärung. Hätten wir nicht unsere Signalkaskaden für Stress, wären wir keinen Augenblick überlebensfähig. Ohne Adrenalin, Cortisol, Glutamat und ähnlichen Belastungs-Spezialisten, wären wir mit hoher Wahrscheinlichkeit sehr schnell ausgestorben. Doch die Frage bleibt offen, warum Krebszellen so hungrig nach Glutamin sind. Zum einen dienen Aminosäuren als Energiequelle, sollte eine Zelle ansonsten keine Möglichkeiten besitzen, ihren Energiebedarf zu decken. Zum anderen ist es ein aufbauender Stoff, der für viele Vorgänge in Zellen benötigt wird und den Stoffwechsel antreiben kann (durch den Einfluss von Kalzium) [7]. Krebszellen sind keine Zellen mit einem bösen Smiley im Gesicht, die uns absichtlich schaden wollen. Vielleicht könnte man sie aber als körpereigene Zellen beschreiben, die mit allen Mitteln versuchen zu überleben und alles, was sie stimulierend am Leben erhalten kann, verwenden, um weiter existieren zu können. Vor allem Glutamat wirkt anregend und stimulierend. Vielleicht besteht aus diesem Grund eine Verbindung zwischen Krebszellen, ihrem Überleben und dem hohen Konsum von Glutamin? Damit ist Glutamin zumindest denkbar als ein mögliches Futter für solche “entarteten“ Zellen, jedoch kein Grund für ihre Entstehung.

Cancer cells show all the signs of being intensely stimulated, and this includes a high rate of oxygen consumption (deGroof, et al., 2009). The stimulation increases the energy requirements beyond the ability of the mitochondria’s capacity to meet them, leading to the production of lactate even when a normal amount of oxygen is present. Even when both glucose and oxygen are supplied (which they usually aren’t), the tumor cells will consume amino acids as fuel, as well as using them as material for growth. Tumors have been called „nitrogen traps“ or „glutamine traps,“ but this has meaning beyond the use of the nitrogen for growth; it is involved in the energetic inefficiency of this process, and the reorganizing effects this wasteful flow of energy has on the tissue structure (Medina, 2001). When glutamine enters the Krebs cycle to be used as fuel, this interferes with the ability to oxidize glucose, causing more lactic acid to be formed, contributing to the excitation and increased energy requirement. [Artikel]