Abstract

Der Schwerpunkt des 6. Workshops liegt auf Lysin, Arginin und verwandten Aminosäuren. In den folgenden Artikeln werden Funktionen, Stoffwechselwege, klinische Anwendungen und obere Toleranzgrenzen für die Zufuhr hervorgehoben. Lysin ist wohl die Aminosäure mit dem größten Mangel in der Nahrungsmittelversorgung von Ländern, in denen Armut herrscht, und seit der Entdeckung des Stickstoffmonoxid-Synthesewegs ist Arginin aufgrund der Rolle von Stickstoffmonoxid in der kardiovaskulären Physiologie und Pathophysiologie klinisch in den Vordergrund gerückt.

Es ist dem verstorbenen Vernon Young zu verdanken, dass er die Vision hatte, den International Council of Amino Acid Science (ICAAS) zu organisieren und zu unterstützen, der 2001 mit dem ersten Treffen in Tokio begann. Die Idee hinter ICAAS war es, eine kritische Masse von Fachwissenschaftlern zu versammeln, die Forschungsergebnisse präsentieren und sich an einer fruchtbaren Diskussion über das jeweilige Thema beteiligen können, das auf jeder einzelnen Konferenz im Mittelpunkt steht. Die ersten drei Konferenzen konzentrierten sich auf allgemeine Fragen und Probleme im Zusammenhang mit Funktion, Obergrenzen und Biomarkern. Ab der 4. Konferenz in Kobe, Japan, wurden spezifischere Gruppen von Aminosäuren in den Vordergrund gestellt. So wurden auf der Konferenz in Kobe verzweigtkettige Aminosäuren (1) und auf der 5. ICAAS-Konferenz in Los Angeles schwefelhaltige Aminosäuren (2,3) diskutiert. ICAAS-Workshop, der in Budapest, Ungarn, stattfand, werden die grundlegenden Aminosäuren Arginin und Lysin hervorgehoben.

Arginin

In den folgenden Artikeln werden die Funktionen, der Stoffwechsel, die Pharmakokinetik und die klinische Verwendung von zusätzlichem Arginin diskutiert. Es wird deutlich, dass die Funktion des Harnstoffzyklus und die Stickstoffelimination für die Funktionalität von Arginin entscheidend sind. Faszinierend sind Vergleiche zwischen verschiedenen Tierarten in Bezug auf die Folgen eines Argininmangels (4,5).

Katzen haben eine sehr begrenzte Kapazität zur Bildung von Citrullin in den Darmschleimhautzellen, so dass Katzen, die nur eine Mahlzeit einer argininfreien Nahrung zu sich nehmen, eine schwere Hyperammonämie entwickeln und oft schon nach 24 Stunden sterben (5). Im Gegensatz dazu führt die Fütterung von Küken (null Arginin-Biosynthese in vivo) mit einer argininfreien Diät zwar zu einem negativen Wachstum, aber erst nach 27 Tagen zu einer Sterblichkeit (6). Junge Schweine wachsen nicht optimal, wenn sie mit einer sehr argininarmen Nahrung gefüttert werden (7,8), aber erwachsene Schweine, einschließlich trächtiger Weibchen, synthetisieren genügend Arginin (im Nierengewebe), um ihre funktionellen Anforderungen zu erfüllen (9,10). Eine klassische Studie wurde an der UC-Davis durchgeführt, bei der erwachsene Menschen 5 Tage lang eine argininfreie Diät zu sich nahmen (11). Es traten keine Symptome eines Argininmangels auf, und Ammoniak im Plasma und Orotsäure im Urin blieben im normalen Bereich. Die Ergebnisse dieser Studie deuten darauf hin, dass gesunde Erwachsene genügend Arginin synthetisieren können, um die minimalen funktionellen Anforderungen zu erfüllen.

Das Labor von Ball in Alberta fütterte (mit Hilfe eines Magenkatheters) oder verabreichte neugeborenen Ferkeln eine arginin- und prolinfreie Diät (12). Unabhängig davon, ob sie enteral oder parenteral gefüttert wurden, trat schnell eine Hyperammonämie auf. Die Gabe von Prolin in der argininfreien Nahrung verhinderte jedoch den Anstieg des Ammoniakspiegels im Plasma, allerdings nur bei den enteral ernährten Ferkeln. Diese interessanten Ergebnisse zeigen, dass der Darm entscheidend an der Arginin-sparenden Wirkung von Prolin beteiligt ist (13).

Der Antagonismus von Arginin durch überschüssiges Lysin in der Nahrung ist in der Tierernährung von großem Interesse. Speziesunterschiede bestehen darin, dass der Antagonismus bei Küken (14), Ratten (15), Meerschweinchen (16) und Hunden (17) auftritt, nicht aber bei Schweinen (18). Dies ist von größter praktischer Bedeutung bei Vögeln, da sie einen hohen Argininbedarf haben und überschüssiges Lysin den Argininabbau durch Induktion von Nieren-Arginase fördert.

Arginin ist zu einer wichtigen Aminosäure bei verschiedenen Krankheiten geworden, nicht nur bei solchen, die mit der Produktion von Stickstoffmonoxid (NO) zusammenhängen, sondern auch bei solchen, die mit dem Argininabbau-Enzym Arginase in Verbindung stehen (19-21). Arginase wird aus menschlichen roten Blutkörperchen freigesetzt und ist daher ein Faktor bei hämolytischen Erkrankungen wie der Sichelzellkrankheit. Auch bei Asthmapatienten ist die Arginaseaktivität erhöht, was möglicherweise die Verfügbarkeit von Arginin für die NO-Biosynthese einschränkt. Diese Themen werden in den folgenden Artikeln ausführlicher behandelt.

Lysin

Lysin könnte als die „vergessene“ Aminosäure in der menschlichen Ernährung angesehen werden. Diese Aminosäure ist in den Nahrungsmitteln der Industrieländer reichlich enthalten. In armen Ländern jedoch, in denen Getreide die Nahrungsmittelversorgung dominiert, ist Lysin die am stärksten limitierende Aminosäure in der Nahrungsmittelversorgung. Ausgehend von Rattenstudien weisen alle untersuchten Getreidearten nicht nur einen Mangel an Lysin auf, sondern auch einen ersten Grenzwert (22). Lysin ist auch die am stärksten limitierende Aminosäure in typischer Schweinefütterung; in typischer Vogelfütterung ist sie nach Methionin die zweitlimitierendste. Es überrascht daher nicht, dass weit über 90 % der gesamten Lysinproduktion zur Ergänzung des Tierfutters verwendet wird. Im Jahr 2005 wurden allein in den Vereinigten Staaten 200.000 Tonnen Lysin für Tierfutter verwendet (23). Somit ist Lysin in der Tierernährung wahrscheinlich mehr untersucht worden als jede andere Aminosäure, aber in der menschlichen Ernährung hat es nicht den gleichen Stellenwert erhalten. Dies ist vielleicht darauf zurückzuführen, dass nur wenige pharmakologische Anwendungen für Lysin im klinischen Bereich entwickelt wurden.

Die folgenden Artikel befassen sich mit folgenden Themen: 1) Lysin-Stoffwechsel und mitochondriale Aufnahme (24), 2) Anfälligkeit von Lysin sowohl im freien als auch im proteingebundenen Zustand für die Maillard-Bräunung in Lebens- und Futtermitteln, die hohen Temperaturen und hoher Luftfeuchtigkeit ausgesetzt sind (25,26), 3) Anfälligkeit von Lysin in Lebensmitteln unter Hitze- und Alkalibedingungen für den Verlust der Bioaktivität als Folge der Lysinoalanin-Synthese (27), 4) Studien zum oberen Grenzwert, einschließlich der Auswirkungen von Lysin an sich sowie der Auswirkungen des HCl-Anteils von Lysin, das als L-Lysin-HCl verabreicht wird (18, 28-31), 5) Antagonismus von Arginin, der durch überschüssiges Lysin verursacht wird, das die Nieren-Arginase bei Vögeln induziert (14, 32), 6) Verwendung von Lysin als Referenzaminosäure in der Futterzusammensetzung für Tiere auf der Grundlage des „idealen Proteins“ (d. h.e., (d. h. ideale Aminosäurenverhältnisse) (5,33-37) und 7) molekulargenetische Ansätze zur Erhöhung des Lysingehalts (sowohl frei als auch proteingebunden) in Getreidekörnern und Ölsaaten (38,39).

In den in dieser Beilage enthaltenen Artikeln werden auch Themen behandelt, die mit Lysin und Arginin in Zusammenhang stehen. Dazu gehören Metaboliten von Lysin wie Saccharopin, α-Aminoadipinsäure, α-Ketoadipinsäure (auch ein Metabolit von Tryptophan), Trimethyllysin und Carnitin sowie Metaboliten von Arginin wie Ornithin, Citrullin, Dimethylarginin, Kreatin, Agmatin, Polyamine, Harnstoff und natürlich NO.

Zitierte Literatur

Fußnoten

Author notes