Leucin – Definition, Synthese, Resorption, Transport und Verteilung

Leucin – Leu – gehört zu den insgesamt 21 proteinogenen Aminosäuren, die zum Aufbau von Proteinen verwendet werden [16].

In Abhängigkeit der Struktur ihrer Seitenketten werden die proteinogenen Aminosäuren in verschiedene Gruppen unterteilt. Leucin ist wie Isoleucin, Valin, Alanin und Glycin eine Aminosäure mit aliphatischer Seitenkette. Aliphatische Aminosäuren tragen nur eine Kohlenstoffseitenkette und sind unpolar.

Leucin, Isoleucin und Valin werden aufgrund ihrer spezifischen Molekülstruktur als verzweigtkettige Aminosäuren – engl.: Branched Chain Amino Acids (BCAAs) – bezeichnet.

Die BCAAs zählen zu den neutralen Aminosäuren, weshalb sie sich sowohl sauer – Abgabe von Protonen – als auch basisch – Aufnahme von Protonen – verhalten können.

Leucin kann vom menschlichen Körper nicht selbst synthetisiert werden und ist somit essentiell. Als lebensnotwendige Aminosäure muss Leucin in ausreichenden Mengen mit dem Nahrungsprotein aufgenommen werden, um eine ausgeglichene Stickstoffbilanz aufrecht zu erhalten und ein normales Wachstum zu ermöglichen [1, 2, 8, 16].

Proteinverdauung und intestinale Resorption

Die partielle Hydrolyse der Nahrungsproteine beginnt bereits im Magen. Aus verschiedenen Zellen der Magenschleimhaut werden wichtige Stoffe zur Proteinverdauung sezerniert. Die Haupt- und Nebenzellen produzieren Pepsinogen, die Vorstufe des proteinspaltenden Enzyms Pepsin. Belegzellen bilden Magensäure, die die Umwandlung von Pepsinogen zu Pepsin fördert. Zudem senkt die Magensäure den pH-Wert, wodurch die Pepsin-Aktivität gesteigert wird.

Pepsin zerlegt leucinreiches Eiweiß in niedermolekulare Spaltprodukte, wie Poly- und Oligopeptide. Gute natürliche Quellen für Leucin sind Molken-, Ei-, Hafer-, Mais-, Hirse- und Haselnussprotein sowie Casein [1].

Die löslichen Poly- und Oligopeptide gelangen im Anschluss in den Dünndarm, der Ort der hauptsächlichen Proteolyse – Proteinverdauung. Im Pankreas (Bauchspeicheldrüse) werden Proteasen – eiweißspaltende Enzyme – gebildet. Die Proteasen werden zunächst als Zymogene – inaktive Vorstufen – synthetisiert und sezerniert. Erst im Dünndarm erfolgt ihre Aktivierung durch Enteropeptidasen – aus den Mukosazellen gebildete
Enzyme –, Calcium und das Verdauungsenzym Trypsin [2, 8, 16, 47].

Zu den wichtigsten Proteasen gehören die Endo- und Exopeptidasen. Endopeptidasen spalten Proteine und Polypeptide im Innern der Moleküle, wodurch die terminale Angreifbarkeit der Proteine gesteigert wird. Exopeptidasen greifen die Peptidbindungen des Kettenendes an und können spezifisch bestimmte Aminosäuren vom Carboxyl- oder Aminoende der Proteinmoleküle abspalten. Sie werden entsprechend als Carboxy- oder Aminopeptidasen bezeichnet. Endo- und Exopeptidasen ergänzen sich aufgrund unterschiedlicher Substratspezifität bei der Spaltung von Proteinen und Polypeptiden.

Durch die Endopeptidase Elastase werden spezifisch aliphatische Aminosäuren, darunter Leucin, freigesetzt. Leucin befindet sich in der Folge am Ende des Proteins und ist somit zugänglich für die Abspaltung durch Carboxypeptidase A. Diese Exopeptidase spaltet neben aliphatischen auch aromatische Aminosäuren von Oligopeptiden ab.

Leucin wird überwiegend aktiv und elektrogen im Natrium-Cotransport in die Enterozyten (Mukosazellen) des Dünndarms aufgenommen. Etwa 30 bis 50 % des absorbierten Leucins wird bereits in den Enterozyten ab- und umgebaut [16]. Der Transport von Leucin und deren Metaboliten aus den Zellen über das Pfortadersystem zur Leber erfolgt über verschiedene Transportsysteme entlang des Konzentrationsgradienten.

Die intestinale Absorption der Aminosäuren ist mit beinahe 100 Prozent fast vollständig. Essentielle Aminosäure, wie Leucin, Isoleucin, Valin und Methionin, werden im Gegensatz zu nichtessentiellen Aminosäuren wesentlich schneller absorbiert [2, 8, 16, 47]. Die Aufspaltung der Nahrungseiweiße und körpereigenen Proteine in kleinere Spaltprodukte ist nicht nur für die Peptid- und Aminosäureaufnahme in die Enterozyten wichtig, sondern dient auch der Auflösung des artfremden Charakters des Proteinmoleküls sowie der Ausschließung von immunologischen Reaktionen [16].

Proteinabbau

Leucin und andere Aminosäuren können in allen Geweben des Organismus metabolisiert und abgebaut werden, wodurch NH3 prinzipiell in allen Zellen und Organen freigesetzt wird. Ammoniak ermöglicht die Synthese von nichtessentiellen Aminosäuren, Purinen, Porphyrinen, Plasmaproteinen und Proteinen der Infektabwehr. Da NH3 in freier Form schon in sehr geringen Mengen neurotoxisch wirkt, muss es fixiert und ausgeschieden werden. Ammoniak kann durch eine Hemmung des Energiestoffwechsels und pH-Wert-Verschiebungen zu schwerwiegenden Zellschädigungen führen [41]. Die Fixierung erfolgt durch die Glutamatdehydrogenase-Reaktion. Dabei wird das in den extrahepatischen Geweben freigesetzte Ammoniak auf alpha-Ketoglutarat übertragen, wodurch Glutamat entsteht. Die Übertragung einer zweiten Aminogruppe auf Glutamat führt zur Bildung von Glutamin. Der Prozess der Glutaminsynthese dient zur vorläufigen Ammoniakentgiftung. Glutamin, das vor allem im Gehirn entsteht, transportiert das gebundene und damit unschädliche NH3 zur Leber. Weitere Transportformen des Ammoniaks zur Leber sind Asparaginsäure und Alanin. Letztere Aminosäure wird durch Bindung des Ammoniaks an Pyruvat in der Muskulatur gebildet. In der Leber wird aus Glutamin, Glutamat, Alanin und Aspartat Ammoniak freigesetzt. NH3 wird nun zur endgültigen Entgiftung in den Hepatozyten – Leberzellen – mit Hilfe der Carbamyl-phosphat-Synthetase in die Harnstoffbiosynthese eingeschleust. Zwei Ammoniakmoleküle bilden ein Molekül Harnstoff, der untoxisch ist und über die Nieren mit dem Urin ausgeschieden wird [1, 16].

Über die Bildung von Harnstoff können täglich 1-2 mol Ammoniak eliminiert werden. Der Umfang der Harnstoffsynthese unterliegt dem Einfluss der Ernährung, vor allem der Proteinzufuhr bezüglich Menge und biologische Qualität. Bei einer durchschnittlichen Ernährung liegt die Harnstoffmenge im Tagesharn in einem Bereich von etwa 30 Gramm [1, 2, 8, 16, 47].

Personen mit eingeschränkter Nierenfunktion sind nicht in der Lage, überschüssigen Harnstoff über die Niere auszuscheiden. Betroffene sollten sich eiweißarm ernähren, um eine vermehrte Produktion und Ansammlung von Harnstoff in der Niere durch Aminosäureabbau zu vermeiden [1].

Des Weiteren wurden die folgenden Fachbücher für die Verfassung dieses Artikels herangezogen [48, 49].

Literatur

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Autoren: Dr. med. Werner G. Gehring
Letzte Aktualisierung: 19.06.2024

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