Eiweißkonsum und Nierenfunktion

Aminosäuren und Stickstoff

Eiweiße bestehen aus Aminosäuren, welche Aminogruppen (Stickstoffgruppen) enthalten. Ein Überschuss an Stickstoff im Körper führt zur Bildung von Ammoniak (NH3NH_3), das toxisch für Nervenzellen, insbesondere im Gehirn, ist. Der Körper muss überschüssigen Stickstoff ausscheiden.

Energiegewinnung und Aminosäureabbau

Muskeln gewinnen Energie aus Glukose durch Glykolyse, wobei Pyruvat entsteht. In Fastenphasen können Aminosäuren (Proteine) zur Energiegewinnung genutzt werden. Muskeln bevorzugen verzweigtkettige Aminosäuren wie Valin, Leucin und Isoleucin. Die Energie wird aus der Kohlenstoffkette der Aminosäuren gewonnen, während die Aminogruppen entgiftet werden müssen.

Glukose-Alanin-Zyklus

Aminogruppen werden von abgebauten Aminosäuren auf Pyruvat übertragen, wodurch Alanin entsteht. Alanin transportiert den Stickstoff vom Muskel zur Leber. In der Leber wird Alanin wieder in Pyruvat und die Aminogruppe gespalten.

Reaktionen

  • Pyruvat + Aminogruppe → Alanin (im Muskel)

  • Alanin → Pyruvat + Aminogruppe (in der Leber)

Das Pyruvat wird in der Leber durch Gluconeogenese wieder in Glukose umgewandelt, die zum Muskel transportiert wird. Dort wird sie erneut zur Energiegewinnung genutzt und zu Pyruvat abgebaut. Dieser Kreislauf wird als Glukose-Alanin-Zyklus bezeichnet.

Stickstofftransport in der Leber

In der Leber wird die Aminogruppe von Alanin auf Alpha-Ketoglutarat übertragen, das aus dem Citratzyklus stammt. Dabei entsteht Glutamat. Das Enzym, das diese Übertragung katalysiert, ist die Alaninaminotransferase (ALAT). Diese Reaktion wird als Transaminierung bezeichnet.

Reaktionen:

  • Alanin + Alpha-Ketoglutarat → Pyruvat + Glutamat (Leber, Katalyse durch Alaninaminotransferase (ALAT))

Anschließend wird eine weitere Aminogruppe auf Glutamat übertragen, wodurch Glutamin entsteht. Glutamin dient als Transportmittel für Stickstoff von der Leber zur Niere. Alanin transportiert Stickstoff von Muskel zur Leber, Glutamin von Leber zur Niere. Alanin und Glutamin sind die häufigsten Aminosäuren im Blut.

Stickstoffausscheidung in der Niere

In der Niere wird Glutamin in zwei Schritten und mithilfe der Enzyme Glutaminase und Glutamatdehydrogenase in Alpha-Ketoglutarat und Ammonium-Ionen (NH4+NH_4^+) gespalten. Die Ammonium-Ionen werden über den Urin ausgeschieden. Alpha-Ketoglutarat kann wieder in den Citratzyklus eingespeist werden.

Reaktionen:

  • Glutamin + H2O → Glutamat + NH3 (Glutaminase)

  • Glutamat + NAD+ + H2O → α-Ketoglutarat + NADH + NH4+ (Glutamatdehydrogenase)

Zusammenfassung

  • Überschüssiger Stickstoff ist giftig, da er zu Ammoniak (NH3NH_3) umgewandelt wird.

  • Alanin transportiert Aminogruppen vom Muskel zur Leber.

  • Glutamin transportiert Aminogruppen von der Leber zur Niere.

  • In der Niere wird Stickstoff als Ammoniumion (NH4+NH_4^+) über den Urin ausgeschieden.