Glutamin: Funktion, Wirkung und Kontext

Auf einen Blick

  • Glutamin ist eine der am häufigsten in unserem Körper vertretene Aminosäure
  • Während sie einige Aufgaben für die Bildung von neuem Gewebe erfüllt, ist sie doch vor allem eine Vorstufe für den stimulierenden Neurotransmitter Glutamat
  • Im Text wird erklärt, warum diese Funktion sowohl lebenswichtig, als auch durchaus schädlich sein kann
  • Glutamin hat einige therapeutische Funktionen bei einer Darmsanierung. Ganz sicher ist sich die Wissenschaft jedoch bis heute nicht darüber, warum genau. Einige Erklärungsansätze werden vorgestellt.
  • Krebszellen haben einen hohen Umsatz von Glutamin. Mögliche Gründe werden vorgeschlagen
Glutamin ist wichtig für eine gute neuronale Leistungsfähigkeit

Glutamin: Muskelaufbau, Nerven und mögliche Nebenwirkungen

Nein, Glutamin ist nicht das, was man in der Nahrung in asiatischen Restaurants ins Essen gemischt bekommt – sondern nur fast. Glutamin ist eine nicht- oder genauer eine semi-essentielle Aminosäure, da wir sie in unserem Körper selber herstellen können. Doch eine solche Bezeichnung ist an sich etwas fragwürdig, wenn man Glutamin etwas genauer auf die Finger schaut. Vermutlich hat es einen Grund, dass wir davon so viel verfügbar haben und wahrscheinlich gibt es dafür auch einen Kontext. Während es stimmt, dass im Körper Glutamin in Glutamat bzw. Glutaminsäure – also dem bekannten Geschmacksverstärker – umgewandelt werden kann, lernen wir durch die Aminosäure Glutamin viel über Belastung, kurzfristige Adaption und langfristige Schäden! Vor allem in Bezug auf Zellwachstum, Stress, Stimulierung und Krebsforschung!

Glutamin: Wichtig für Zellwachstum und Muskulatur

Glutamin ist ein wichtiger Baustein für so ziemlich alle Zellen in unserem Körper und mit einem Mengenanteil von etwa 20% ist Glutamin die am meisten in unserem Blutplasma vertretene Aminosäure. Unter anderem sorgt es in unseren Muskelzellen (dem Ort, an dem am meisten Glutamin “produziert“ wird) dafür, dass Wasser in die Zellen geschleust wird. Ein Anschwellen von Zellen ist generell laut Forschung in Verbindung zu bringen mit anabolen (aufbauenden) Prozessen. Außerdem ist seit langem bekannt, dass bei Menschen mit schweren Verletzungen, Verbrennungen und anderen Zuständen von Muskel- und Zellverlust der Glutamin-Spiegel drastisch reduziert ist [1]. Doch half es, diesen Patienten einfach eine Glutamin-Lösung zu verabreichen, um die abbauenden Prozesse in die entgegengesetzte Richtung zu schieben? Konnten wir so den gefürchteten Zustand der Sarkopenie bei Kranken verhindern? Leider nein.

Wurde solchen Patienten Glutamin verabreicht, kam es häufig sogar zu Verschlimmerungen und einer erhöhten Sterberate bei Patienten. So kam es ebenfalls zu dem Begriff der “Glutamintoxizität“ und bekannt ist in der wissenschaftlichen Literatur ebenfalls, dass Krebszellen einen schieren Heißhunger auf Glutamin zu haben scheinen [2,3]. Ist aber nun Glutamin gut, oder schlecht? Wie so oft ist die Antwort gemischt und hängt vor allem von einer Sache ab: 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.

Glutamin und Glutamat: Wie viel kann eine Zelle vertragen?

Wird eine Zelle zu lange zu Leistung angetrieben, erschöpft sie, erleidet Schäden, sendet entzündliche Signale aus – bis sie irgendwann in sich zusammenbricht [4]. Stickstoffoxid ist bei einem solchen Prozess maßgeblich beteiligt, wie im Artikel über Arginin zu lesen ist. Wenn es um Signale für Aufmerksamkeit und Entspannung geht, hat Glutamin hier wichtige Aufgaben und geht weit über die gewöhnliche Verwendung als Baumaterial von Muskelpaketen hinaus. In Zellen und Synapsen kann Glutamin für unterschiedliche Prozesse verwendet werden. Unter anderem wird es in den anregenden Neurotransmitter Glutamat oder Glutaminsäure umgewandelt, welcher wie gerade beschrieben, allgemein bekannt sind für ihre anregenden Wirkungen auf Zellen. So wie bei Menschen, ist ein “zu viel“ an Aufregung jedoch gerne mal giftig. Werden wir zu stark angeregt, fallen wir in Ohnmacht – Zellen jedoch fallen in sich zusammen. Diese Eigenschaft wird generell als “exzitotoxisch“ beschrieben und Glutamat ist ein Paradebeispiel für zelluläre Ohnmachtsanfälle.

Although glutamate is one of the most important excitatory neurotransmitters of the central nervous system, its excessive extracellular concentration leads to uncontrolled continuous depolarization of neurons, a toxic process called, excitotoxicity. In excitotoxicity glutamate triggers the rise of intracellular Ca2+ levels, followed by up regulation of nNOS, dysfunction of mitochondria, ROS production, ER stress, and release of lysosomal enzymes. Excessive calcium concentration is the key mediator of glutamate toxicity through over activation of ionotropic and metabotropic receptors. [Studie]

Entnommen aus:

Researching glutamate – induced cytotoxicity in different cell lines: a comparative/collective analysis/studyFront 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]

Glutamin ist in der Krebsforschung ein heißes Thema!

Zusammengefasst lässt sich sagen, dass Glutamin durchaus für den Menschen eine wichtige Rolle spielt. Auch wenn seine Verwendung als Nahrungsergänzungsmittel stark zielabhängig ist und vom individuellen Stressstatus abhängt. Zwar wird Glutamin vom Körper selber hergestellt, indem Glutamat und Ammoniak im Körper durch die Verwendung von ATP zusammengebaut wird, jedoch gibt es für ATP weitaus bessere Verwendungsmöglichkeiten und wenn Glutamat für die Produktion von Glutamin verwendet werden muss, bleibt weniger Glutamat über, um GABA zu produzieren. Glutamin, Glutamat, GABA sind Bestandteil eines inneren Stress-Entspannungs-Signal-Systems und damit stark abhängig vom Zustand der Person. Glutamin als Supplement zu verwenden kann helfen, Energien zu mobilisieren. Jedoch kann es auf die gleiche Art und Weise den Körper durch weitere Stimulierung noch mehr belasten.

Zuletzt gibt es aber auch Studien, die darauf hinweisen, dass Glutamin bei einer belasteten Darmwand helfen kann [8].

Glutamine, the most abundant free amino acid in the human body, is a major substrate utilized by intestinal cells. The roles of glutamine in intestinal physiology and management of multiple intestinal diseases have been reported. In gut physiology, glutamine promotes enterocyte proliferation, regulates tight junction proteins, suppresses pro-inflammatory signaling pathways, and protects cells against apoptosis and cellular stresses during normal and pathologic conditions. As glutamine stores are depleted during severe metabolic stress including trauma, sepsis, and inflammatory bowel diseases, glutamine supplementation has been examined in patients to improve their clinical outcomes. [Studie]

Was auf den ersten Blick durchaus attraktiv erscheinen kann, passt erstaunlich gut in das gerade geschilderte Wechselspiel aus Anregung, Stress und Glutamat. Vor allem Zellen des Darms werden jeden Tag erstaunlich hoher Belastung durch Bakterien, Nährstoffe, Resorption, immunologischen Abwehrmechanismen und so weiter ausgesetzt. Dass in diesem Fall Glutamin unterstützend wirkt und vor allem der Mangel an anregenden Mitteln wie Glutamat im Darm dazu führen kann, dass es hier zu Problemen und Instabilität kommt, ist schnell nachvollziehbar. Herrschen also entzündliche Brandherde im Darm kann man sich tatsächlich überlegen, Glutamin – möglicherweise in Verbindung mit Isoleucin, Tyrosin und Valin – als Nahrungsergänzungsmittel zu verwenden. Gleichzeitig sollte man aber auch dafür sorgen, dass die Darm-Zellen ausreichend mit Energie versorgt sind, denn Arbeit ohne Energie ist sowohl für Menschen, als auch für Zellen kein “Zuckerschlecken“. Daher sollte Glutamin am besten stets mit etwas Glukose oder anderen Zuckerarten zu sich genommen werden. Generell kommt unser Körper recht gut mit Glutamin zurecht. Selbst 0.75g/kg Körpergewicht sind keine in sich selbst toxische Belastung bei den Versuchs-mäusen in Studien gewesen.

Zuletzt sollte nochmals betont werden: Stehen wir unter Stress, kann Glutamin eine große Hilfe sein, um mit einem akuten Stressor angemessen umgehen zu können – wir brauchen einen angeregten Zustand, um entsprechend reagieren zu können. Vor einem exzessiven Glutamin-Genuss sollte aber vermutlich abgeraten werden. Der eigentliche Grund dafür ist aber an sich nicht Glutamin, sondern chronischer Stress, Überstimulierung und/oder bestehende Krankheiten.

Quellenangabe:

  1. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23362887
  2. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17006913
  3. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5746034/
  4. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4679930/
  5. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15149801
  6. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16869530
  7. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26134564
  8. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1177/0148607110362530

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