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| Proteinsynthese. Freie Aminosäuren (farbige Kreise) binden an spezifische tRNS Moleküle (mit den Aminosäuren farbgleiche Rechtecke), die am Ribosom an spezifischen Stellen der mRNS andocken und die Aminosäuren auf die wachsende Polypeptidkette einfügen. Hierbei wird der genetische Code »übersetzt«: Translation |
Univ.-Prof. Dr. Jürgen Spona (1)
Aminosäuren – Bausteine des Lebens, II (2)
Stoffwechsel der Aminosäuren
Regulation. Wachstum, Instandhaltung, Regulation und Energiegewinnung sind die Hauptaufgaben körpereigener Proteine, für deren Synthese Aminosäuren essenziell sind.
Mit der Nahrung (Fleisch, Fisch, Obst, Gemüse, Getreide- und Milchprodukte) nehmen wir Proteine auf, die im Verdauungstrakt durch Zusammen- und Nebeneinanderwirken verschiedener Proteasen und Peptidasen des Magen- und Pankreassaftes sowie der Mucosazellen des Dünndarms bis zu den Aminosäuren aufgespalten werden. Die freien Aminosäuren werden über die Darmschleimhaut resorbiert und gelangen in den Blutkreislauf. Der Vorgang ist in Tabelle 1 schematisch dargestellt. Die Wirkung der proteolytischen Enzyme auf die Nahrungsproteine wird durch Denaturierung (Zubereitung der Speisen durch Kochen bzw. Säuredenaturierung im Magen) erleichtert. Beim Abbau von Nahrungseiweiß entstehen auch Oligo- und Dipeptide. Sie können ebenso wie nicht gespaltene Proteine aus dem Darmlumen resorbiert werden. Allerdings erkennt sie das Immunsystem als körperfremdes Eiweiß. Dies erklärt das Auftreten von Überempfindlichkeitsreaktionen (Allergien) gegen bestimmte Nahrungsmittel wie z.B. Milch, Fisch, Erdbeeren, Nüsse. Bei der Verwendung freier Aminosäuren in Form einer Nahrungsmittel-Ergänzung umgeht man die Spaltungsprozesse im Verdauungstrakt. Die resorbierten Aminosäuren werden u.a. für die Synthese körpereigener Proteine verwendet.
Funktion der Proteine
Jedes Protein hat seine spezielle Aufgabe, zusammengefasst ergeben sich vier Hauptaufgaben:
 Wachstum
Die Formation neuen Gewebes erfordert eine Proteinsynthese, besonders in der Adoleszenz, bei erhöhter Beanspruchung, in der Schwangerschaft und Stillperiode und z.B. bei der Wundheilung.
Instandhaltung
Bei allen Menschen, unabhängig vom Alter, wird Protein kontinuierlich auf- und abgebaut. Dieser Prozess wird Proteinturnover (Umsatz) genannt. Blutzellen werden z.B. alle 120 Tage erneuert. Es gibt aber auch Verluste von Aminosäuren bzw. Proteinen durch Schwitzen, Hautabschilferung, Ausscheidung in Urin und Stuhl. Dieser konstante Proteinumsatz erfordert einen Aminosäurenpool, der durch die Nahrung wieder aufgefüllt wird.
Regulation
Proteine in Zellen und Körperflüssigkeiten haben Regulationsfunktionen.
– Wasserhaushalt und osmotischer Druck werden durch Proteine im Blutplasma reguliert.
– Proteine agieren als Puffer für den Säure-Basenhaushalt
– Viele Hormone, die Körperfunktionen regulieren, sind Proteine wie z.B. Insulin, Glucagon und Wachstumshormon
– Enzyme als Katalysatoren für fast alle chemischen Reaktion im Organismus
– Antikörper, die den Körper vor Infektionen schützen
– Blutgerinnung
– Neurotransmitter wie z.B. Endorphine
Energiegewinnung
Proteinbiosynthese
Die genetische Information wird in der DNS gespeichert und durch Transkription auf die mRNS übertragen. Bei der Proteinbiosynthese laufen zunächst räumlich voneinander getrennte Teilprozesse ab:
Synthese der Informationstragenden mRNS im Zellkern, die anschließend in das Zytoplasma gelangt und sich dort mit mehreren Ribosomen zum Polysom verbindet.
Aufnahme der freien Aminosäure in die Zelle (sofern sie nicht in der Zelle selbst synthetisiert wird) und Übertragung auf die tRNS (Abb.)
Die eigentliche Proteinbiosynthese (Abb.)
Dieser Vorgang wird auch als Translation bezeichnet und findet an den so genannten Ribosomen statt, an die die mRNS bindet. Aminosäurespezifische tRNS-Moleküle (in der Abbildung als Rechtecke dargestellt) binden entsprechende Aminosäuren (unter Mitwirkung spezifischer Aminoacyl-Transferasen). Der Komplex Aminosäure-tRNS wird über Codon-Anticodon-Erkennung am Ribosom gebunden. Die Aminosäure wird auf eine wachsende Polypeptidkette übertragen. Die nunmehr freie tRNS wird wieder freigesetzt.
Ribosomen bestehen stets aus zwei Untereinheiten, einer großen und einer kleinen. Jede von ihnen enthält rRNS (1 bis 3 Moleküle) und eine Anzahl verschiedener Proteine.
Der hohe Energieaufwand ist zu rechtfertigen, weil die fertigen Produkte – Proteine, Enzyme, Regulatoren – Schlüsselfunktionen im Stoffwechsel der Zelle wahrnehmen.
Die Translation läuft nach einem Fließbandprinzip ab. Sobald ein Teil der mRNS von einem Ribosom freigegeben worden ist, wird er von einem weiteren Ribosom gebunden, so dass die Synthese einer zweiten Polypeptidkettenkopie bereits initiiert werden kann, lange bevor die erste fertiggestellt ist. Das lässt sich fortsetzen, so dass simultan an einer mRNS mehrere Polypeptidketten gebildet werden können.
Alle Schritte der Proteinsynthese zusammengefasst, bezeichnet man als Genexpression. Die zahlreichen, dafür erforderlichen Teilschritte und der dafür notwendige hohe Energieaufwand sind ein Zeichen dafür, wie wichtig diese Prozesse für den Grundstoffwechsel der Zellen sind. Der hohe Energieaufwand ist zu rechtfertigen, weil die fertigen Produkte – Proteine, Enzyme, Regulatoren – Schlüsselfunktionen im Stoffwechsel der Zelle wahrnehmen, von deren Funktion der reibungslose Ablauf der einzelnen Stoffwechselwege abhängt.
Ein einzelnes Ribosom kann pro Sekunde ca. 15 Aminosäuren aneinanderreihen, so dass eine durchschnittliche Proteinsynthese etwa 2 Minuten dauert. Das bedeutet, dass 200 000 Ribosomen pro Minute ungefähr 100 000 Eiweißmoleküle synthetisieren.
Der Körper schaltet auf »Sparflamme«
Jede Form von Stress erhöht den Bedarf an Aminosäuren, den wir mit unserer »normalen« Ernährung häufig nicht decken können. Schon beim gründlichen »Hausputzen« verbraucht der Körper Billiarden von Eiweißmolekülen. Ein intensiver Streit mit dem Partner und selbst das Einparken in eine zu kleine Parklücke verbrauchen Millionen der kostbaren Stoffwechselprodukte.
Unter Stress ist sowohl psychischer als auch physischer Stress zu verstehen, aber auch Krankheiten, Rekonvaleszenz, Sport und »Älterwerden« zählen dazu. Hinzu kommt, dass der Inhalt wichtiger Vitalstoffe in unserer Nahrung infolge industrialisierter Herstellung zu gering ist, um den Bedarf decken zu können. Zusätzlich nimmt mit zunehmenden Alter die Funktionstüchtigkeit der Bauchspeicheldrüse und somit die Menge der synthetisierten proteolytischen Enzyme ab, die ebenfalls aus Aminosäuren bestehen.
Der Körper kann nur aus dem »Aminosäurenpool« mit Eiweißbausteinen versorgt werden.
Für Kohlenhydrate gibt es Speicher in Leber und Muskeln, auf die der Körper in Zeiten erhöhter Belastung zurückgreifen kann. Auch für Fette gibt es die in der so genannten »Überflussgesellschaft« gar nicht so beliebten Depots, die dem Organismus in Notzeiten zur Versorgung dienen.
Für Eiweiß gibt es jedoch keinen Speicher. Der Körper kann nur aus dem »Aminosäurenpool« mit Eiweißbausteinen versorgt werden. Dieser »Aminosäurenpool« muss regelmäßig mit Eiweiß aus der Nahrung nachgefüllt werden. Er kann in Zeiten hoher Belastung schnell erschöpft sein, da er kaum Reserven enthält. Dann stehen dem Körper zu wenige Bausteine für Muskeln, Botenstoffe im Gehirn, Hormone etc. zur Verfügung.
Stehen also dem Organismus zu geringe Mengen an Aminosäuren zur Verfügung, dann schaltet er auf »Sparflamme« und versorgt bevorzugt die lebenswichtigen Organe mit Aminosäuren. Dies geht einher mit Befindlichkeitsstörungen wie Energielosigkeit, Müdigkeit, Schlafstörungen, Konzentrationsmangel, Abgespanntheit, schlechter Laune, depressiver Verstimmung, Burnout-Syndrom, häufigen grippalen Infekten und Verkühlungen.
Individuelle Antworten auf individuelle Belastungen
Nachdem also die vorhandenen Aminosäuren im Blut zirkulieren, können Mangelzustände durch eine Blutuntersuchung nachgewiesen werden. Dadurch hat man die Möglichkeit, die fehlenden Aminosäuren zu ersetzen, d.h. man kann somit anhand des Aminogramms (Blutprofil der Aminosäuren) für jeden eine individuelle Aminosäurenmischung laut Rezept anfertigen lassen. Im Gegensatz zum Nahrungsprotein muss bei der Verwendung freier Aminosäuren vom Körper keine Verdauungsarbeit geleistet werden (siehe Tab. 1). Bereits zehn Minuten nach der Einnahme beginnt die Wiederauffüllung des Aminosäurenbestandes im Körper.
Die Gründe für eine individuelle Substitution sind in Tab. 2 zusammengestellt. Dazu kommt noch, dass die isolierte Zufuhr von nur jeweils einer einzigen Aminosäure das natürliche Gleichgewicht zwischen den Aminosäuren im Blut aber auch in den Zellen stört: es entstehen Aminosäurenimbalancen. Daraus resultiert eine weitere Verschlechterung der körpereigenen Proteinsynthese.
Es gibt die Meinung, dass mit einer ausgewogenen Ernährung der Gesamtbedarf des Organismus an Nährstoffen gedeckt werden kann.
Anderseits existieren auch viele Untersuchungen, in denen nachgewiesen wird, dass sich Nahrungsergänzungsmittel gerade in Zeiten erhöhter Belastung als sehr vorteilhaft erweisen. Sehr wichtig sind diese auch gerade für ältere Menschen, die sich aus verschiedenen Gründen häufig einseitig ernähren, oder wo gehäuft Mangelzustände nachweisbar sind, die sich oftmals in starker Müdigkeit und herabgesetzter Infektabwehr äußern.
Die Erfahrung hat gezeigt, dass eine persönliche d.h. auf jeden Einzelnen individuell abgestimmte Substitution mit freien Aminosäuren einen wichtigen Beitrag zur Erhaltung der Gesundheit leistet. Das individuelle Aminosäurenpräparat führt zur Steigerung der Lebensqualität bei chronischen Krankheiten wie z.B. Hepatitis C, HIV und Multipler Sklerose, bei der Rehabilitation nach Unfällen bzw. bei Operationen. Durch die optimal angepasste Zufuhr von essenziellen Aminosäuren sowie von Vitaminen und Spurenelementen wird auch die Infektanfälligkeit vermindert.
Genaueres über die Funktionen der einzelnen Aminosäuren und ihre individuelle Anwendung für verschiedene Bereiche der Gesundheit bzw. dem – auch subjektiven – Befinden wird in einer der nächsten Nummern der ÖAZ beschrieben.
(1) juergen.spona@univie.ac.at
(2) Teil I in ÖAZ Nr. 22, S. 1060
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