Carnitin von A bis Z

L-Carnitin aus ernährungsmedizinsicher und ernährungswissenschaftlicher Sicht

Einleitung: L-Carnitin im Überblick

L-Carnitin kommt als natürlicher Bestandteil in der Nahrung vor. Im Organismus fungiert es als essentieller Cofaktor im Energiestoffwechsel. L-Carnitin hat sich in den letzten Jahrzehnten zu einer der interessantesten physiologischen Substanzen entwickelt. Bisher sind über 17.000 wissenschaftliche Veröffentlichungen, Bücher, Doktor- und Diplom - Arbeiten über L-Carnitin erschienen und jedes Jahr werden 300-600 neue Arbeiten zum Thema L- Carnitin publiziert.

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In den letzten 20 Jahren haben Millionen Menschen, vor allem in USA, L-Carnitin ergänzend zu ihrer normalen Ernährung konsumiert und berichten teilweise über erstaunliche Wirkungen des L-Carnitins. Auch in Deutschland machen sich mehr und mehr Menschen Gedanken über Ihre Gesundheit und wie sie durch Ernährung ihre Gesundheit erhalten und fördern können. Dabei stoßen sie immer wieder auf einen Stoff. Es ist heute allgemein anerkanntes Lehrbuchwissen, daß die körpereigene L-Carnitinbiosynthese allein nicht ausreicht um den täglichen Bedarf zu decken. Mehr als 2/3 des täglichen L-Carnitinbedarfes stammt aus der täglichen Nahrung (Rebouche 1977i, Burtis et al 1999ii). L-Carnitin gilt daher heute als Nährstoff (Richtlinie der EGiii, Gerichtsurteil Grasseiv, Gerichtsurteil EuGHv) in der Ernährung des Menschen. L-Carnitin fördert auch die Integrität und die Funktion von Zellmembranen und entfaltet neuroprotektive Effekte

L-Carnitin: Ein historischer Abriss

1905 Carnitin wird fast zeitgleich von zwei Arbeitsgruppen als Bestandteil des Muskulatur im Liebig`schen Fleischextrakt entdeckt. Dabei wurde das L-Carnitin aus einer Lösung von Muskelextrakt mit Kaliumwismutjodidlösung (Gulewitsch und Krimberg, Moskau 1905vi) und mit Tanninlösung (Kutscher, Marburg 1905vii) ausgefällt und erstmalig isoliert werden. Man gab der Substanz den Namen Carnitin (von “carnis”, lateinisch = Fleisch).

1927 Die chemische Struktur des L-Carnitins als 3-Hydroxy-4-N-trimethyl-aminobuttersäure wird aufgeklärt (Tomita Und Sendju 1927viii).

1935 Der deutsche Forscher Strack (Leipzig) beginnt in Leipzig mit deiner übr 40 Jahre dauernden L-Carnitin Forschung. Er ist der erste dem es zunächst gelingt L-Carnitin im Labor herzustellen und die ersten versuche und Studien am Menschen durchzuführen. Insgesamt veröffentlicht Prof. Strack über 200 Wissenschaftliche Arbeiten über L- Carnitin und meldet zahlreiche Patente an.

1948 Fraenkel studiert die B-Vitamine am Modell des weißen Mehlwurms Tenebrio Molitor und entdeckt ein neues und unbekanntes Vitamin welches essentiell für die Fettverbrennung und die Meta-morphose des Mehlwurms war und gab ihm den Namen Vitamin Bt (Fraenkel, Blewett und Coles 1948ix).

1952 Vitamin Bt wird als Carnitin identifiziert (Carter 1952x)

1953 Die Konfiguration von Carnitin wird als L-Carnitin erkannt und erste Mengen von L- Carnitin werden aus synthtetisch hergestelltem D,L-Carnitin gewonnen (Strack 1953xi,xii) und dies führte sogar zum ersten Patent zur Herstellung von reinem L-Carnitin durch Strack 1959.

1955 Die entscheidende Bedeutung von L-Carnitin bei der Verbrennung von Fettsäuren in den Mitochondrien wird entdeckt. Die Palmitatoxidation von homogenisierter Rattenleber wurde durch Zusatz von Muskelextrakt gesteigert. Es zeigte sich, das daß im Muskelextrakt vorhanden L-Carnitin die mitochondriale Oxidation der langkettigen Fettsäuren stimuliert hatte (Fritz 1955xiii).

1955 wurde das Enzym Carnitin-Acetyltransferase entdeckt (Friedmann und Fraenkel

1955xiv) welches die reversible Übertragung von aktivierten Acetylgruppen zwischen L- Carnitin und dem Coenzym A katalysiert und somit zur Bildung der aktivierten Essigsäure beiträgt, die als Bindeglied zwischen dem Kohlehydrat- und dem Fettstoffwechsel von großer Bedeutung ist. Heute ist diese Funktion des L-Carnitins allgemein anerkannt und hat in alle medizinischen und biochemischen Lehrbücher Eingang gefunden.

1957 Ohne Vitamin Bt (L-Carnitin) konnten die Larven des Mehlwurms ihre Fettspeicher nicht zur Energiegewinnung nutzen und starben an Verfettung (Fraenkel und Friedmann 1957xv).

1959 Erstes Patent für ein Verfahren um reines L- und D-Carnitin herzustellen (Strack 1959xvi).

1962 Die Hypothese, daß L-Carnitin Fettsäuren durch die Mitochondrien-Membran transportiert (Fritz 1962xvii), wird bewiesen (Fritz und Yue (1963)xviii, Bremer (1962)xix).

1963 Das Enzym Carnitin-Palmtoyltransferase wird entdeckt, welches die reversible Übertragung von aktivierten langkettigen Fettsäuren zwischen L-Carnitin und dem Coenzym A katalysiert und eine Hauptrolle im Fettstoffwechsel spielt (Bremer 1963xx, Fritz und Yue 1963xxi).

1967 Prof. Strack veröffentlicht als erster eine Studie mit L-Carnitin bei Frühgeborenen und belegt, daß L-Carnitin den physiologischen Gewichtssturz von Frühgeborenen reduziert und zu einem besseren Wachstum der Säuglinge führt (Strack 1967). 1970 Die empfindliche radioenzymatische Untersuchungsmethode zur Bestimmung von L- Carnitingehalten wird entwickelt (Cederblad und Lindstedt 1970xxii)

1973 Die ersten Fälle eines angeborenen primären L-Carnitin-Mangels diagnostiziert (Engel und Angelini 1973xxiii).

1980 L-Carnitin wurde erstmals 1980 bei der Olympiade von italienischen Ausdauerathleten eingesetzt, welche bei dieser Olympiade überraschend erfolgreich waren und viele Medaillen gewannen.

1982 L-Carnitin wurde bei der Fußball WM in Spanien von der italienischen Nationalmannschaft eingesetzt, die letztendlich Weltmeister wurde und über die geringste Verletzungsrate aller Mannschaften des Turniers verfügte. In den folgenden 80er und 90er Jahren wird L-Carnitin von vielen Spitzensportlern verwendet, die darüber aber nicht öffentlich berichten wollen. L-Carnitin wird in Sportlerkreisen als Geheimtipp angesehen, um sich einen Vorsprung vor der Konkurrenz zu verschaffen. So setzen auch

Thomas Muster, Martina Navratilova und Ivan Lendl L-Carnitin ein. L-Carnitin ist aber kein Dopingmittel und steht damals wie heute nicht auf der offiziellen Dopingliste. 1986 Das biologische L-Carnipure-Verfahren zur Herstellung des resisten L-Carnitins wird entwickelt

1980 - 2003 wurde weltweit die L-Carnitin Forschung intensiviert und sehr viele neue Ergebnisse üb den Einfluss des L-Carnitins bei Erkrankungen wie AIDS, Alzheimer, Herzinfarkten,Schlaganfällen, Diabetes, Übergewicht, erhöhte Blutfettwertte sowie günstige Einflüsse auf das Immunsystem, bei Schwangerschaft und beim Sport entdeckt.

In den späten 70er Jahren gelang die industrielle synthetische Herstellung grösserer Mengen L-Carnitin und ermöglichte den verstärkten Einsatz von L-Carnitin in der Ernährung von Mensch und Tier. Seit seiner Entdeckung sind über 10.000 wissenschaftliche Studien über L-Carnitin erschienen und jedes Jahr kommen 300-600 neue hinzu.

L-Carnitin, Acetylcarnitin, Propionylcarnitin und ihre medizinische/ernährungsmedizinische Bedeutung

L-Carnitin im menschlichen KÖrper

L-Carnitin ist in Grammengen im menschlichen Körper gespeichert. Etwa 95-98% dieser Menge befinden sich beim Menschen im Muskelgewebe der Skelettmuskulatur und des Herzens. (Engel und Rebouche 1984; Scholte und De Jonge 1987). Mit Ausnahme des

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epididymalen Gewebes (Brooks 1980, Carter 1980) ist die Carnitinkonzentration in der Muskulatur am höchsten. Ein Mensch enthält je nach Körpergewicht etwa 100mmol oder 16-25 Gramm L-Carnitin und beträgt durchschnittlich 250 µ mol/kg Gewebe. Der Menge an L-Carnitin in unserem Körper ist im Vergleich mit den Vitaminen, Mineralien und Spurenelementen sehr groß Menge und unterstreicht die wichtige Bedeutung des L-Carnitins für den Körper. Die menschlichen Körperorgane enthalten L-Carnitin in ganz unterschiedlichen Mengen. Besonders Muskeln, Herz, Leber, Nebenhoden, Spermien, Immunzellen und die roten Blutkörperchen enthalten viel L-Carnitin. Die Zellen dieser Organe benötigen sehr viel Energie und sind deshalb stark auf eine ausreichende Versorgung mit L-Carnitin angewiesen. Überall dort wo viel Energie benötigt bzw. erzeugt wird findet man auch L- Carnitin. Auch die Muttermilch enthält viel L-Carnitin, denn L-Carnitin ist für das Neugeborene lebensnotwendig, da es L-Carnitin noch nicht selbst herstellen kann. L-Carnitin ist eine körpereigene Substanz, die erstmalig im Jahre 1905 von GULEWITSCH und KRIMBERG ¹ in Moskau und gleichzeitig von KUTSCHER ² in Marburg isoliert worden war. Es hat den chemischen Namen β-Hydroxy-γ-trimethylaminobutyrat und die Formel:

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Weil das mittlere C-Atom (mit *) 4 verschiedene Substituenten hat, ist es asymmetrisch; d.h. es existieren vom Carnitin zwei optisch aktive Isomere, das L(-)- und das D(+)-Carnitin. Das natürlich vorkommende, physiologisch wirksame Carnitin ist das L(-)-Carnitin. Beide Verbindungen können an der OH-Gruppe mit organischen Säuren, wie z.B. Essigsäure oder Propionsäure durch chemische Methoden verestert werden. Das Carnitin wird dabei mit den entsprechenden Säurechloriden in der Kälte umgesetzt, wodurch zunächst die Esterchloride entstehen, die dann mit gepufferten Ionenaustauschern in die Betainester umgesetzt werden. Die Carnitinbetainester Acetylcarnitin, bzw. Propionylcarnitin können so synthetisiert werden.

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Propionylcarnitin

Diese chemisch synthetisierten Carnitinderivate werden als Medikamente bei der Behandlung verschiedener metabolischer Störungen eingesetzt (s. Teil 3).

L-Carnitin ist vor allem in Fleisch-, Fisch- und Milchprodukten enthalten. Pflanzliche Produkte enthalten wenig bis gar kein L-Carnitin. Mischköstler nehmen daher mehr L- Carnitin zu sich als Vegetarier. Unterschiedliche Bestimmungsmethoden lieferten in der Vergangenheit unterschiedliche und teilweise widersprüchliche Werte für den L- Carnitingehalt in Lebensmitteln und Körpergeweben. (Panter 1969xxiv, Snoswell 1972xxv, Erfle 1974xxvi, McNeil 1975xxvii, Snoswell 1975xxviii, Rudman 1977xxix, Mitchell 1978, Tanphaichitr 1980xxx, Bartel 1981xxxi, Sandor 1982xxxii, Schweizerisches Vitamininstitut 1994xxxiii). In allen Carnitingehalts-Studien vor dem Jahr 2000 war die Anzahl der analysierten Lebensmittelproben immer nur relativ gering, so daß die tägliche L-Carnitin- Aufnahme mittels dieser wenigen Werte von den Autoren nur sehr grob geschätzt werden konnte.

Aus diesem Grund wurde eine 2 Jahre dauernde Studie durchgeführt in der hunderte verschiedener Lebensmittel auf den L-Carnitin-Gehalt analysiert und eine neue Referenzliste für die L-Carnitin-Gehalte in unserer Nahrung erstellt wurde (Gustavsen 2000xxxiv). Dabei wurden teilweise erstaunliche neue Erkenntnisse gewonnen. So ist z.B. der altbewährte Liebig`sche Fleischextrakt mit einem Gehalt von ca. 40g L-Carnitin pro Kilogramm das carnitinreichste Lebensmittel. Ferner war der bisherige Wert von Rindfleisch mit 700 mg pro kg zu niedrig angebenen und liegt wohl heute eher weit über 1.000 mg (1.200-1.500mg/kg). Bisher war nur der Carnitingehalt des Schaffleisches (mit 2.100 mg) oberhalb von 1.000 mg/kg angeben. Gustavsen konnte aber eine ganze Reihe von Fleischsorten identifizieren deren Gehalte weit über 1.000 mg/kg liegen. Vor allem Wildtiere die ständig in Bewegung und auf der Flucht sind enthalten sehr viel L-Carnitin wie z.B. Hirsch, Reh, Känguruh, Strauß, Elch, Wildschwein, Hase, Rentier. Hier zeigt sich daß die Wildtierarten mehr L-Carnitin enthalten als ihre domstizierten Haustierverwandten, die sich weniger bewegen und auch fetteres Fleisch liefern (Hase 860mg Kaninchen 240mg, Wildschwein 420mg Hausschwein 190mg). L-Carnitin ist extrem gut wasserlöslich und sammelt sich beim Kochen im Kochwasser oder im Bratensaft an (wird diese Kochflüssigkeit nicht verwendet so geht das darin enthaltende L-Carnitin verloren). Daraus ergibt sich, daß Fleischextrakte wie Suppen, Soßen, Suppenwürfel, Bratenfonds etc. sehr viel L-Carnitin enthalten ohne daß dies bisher so richtig bekannt war. Wird Fleisch für die Produktion von Fleischextrakt oder Suppenwürfel mit Wasser extrahiert, so sammelt sich fast das gesamte L- Carnitin im Extrakt. Den höchsten L-Carnitingehalt aller Lebensmittel findet man daher in Original Liebig`s Fleischextrakt (100% reiner Fleischextrakt), der in 25 Gramm Extrakt (Kostet ca. 10,- DM) das L-Carnitin von ca. 1,5 Kilogramm Rindfleisch enthält also ca. 1.800 mg (oder 36.000 mg / kg). Suppenwürfel dagegen bestehen zum größten Teil aus Fett und enthalten weniger Fleischextraktanteil und sind somit auch nicht so carnitinreich wie der 100% reine (Liebig´s) Fleischextrakt. Ein altes Rezept zur Förderung der Rekonvaleszenz nach Infektionen und Krankheiten in der Überlieferung ist eine sogenannte Kraftbrühe die ja durch das Auskochen von Fleisch, meist Rind, Kalb oder Hühnerfleisch. Infektionskrankheiten erhöhen den L-Carnitinbedarf und können einen sekundären L- Carnitinmangel verursachen der in der Vergangenheit sozusagen instinktiv durch diese „Kraftbrühe“ behoben wurde, und dies lange bevor L-Carnitin überhaupt bekannt wurde. Liebig entwickelte übrigens seinen Fleischextrakt um einem kranken Kind diesen zu verabreichen um es wieder zu Kräften zu bringen und dessen Heilung zu beschleunigen. Später diente der Fleischextrakt der Konzentrierung und Konservierung von Fleisch um große, meist ärmere Bevölkerungsschichten und Soldaten im Krieg zu ernähren.

L-Carnitin - Gehalt in Lebensmitteln in mg/kg untersuchter Substanz

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Quelle: Gustavsen, 2000, Hannover

Die durchschnittliche Aufnahme von L-Carnitin pro Tag über alle Tage und alle Bevölkerungsschichten schwankt sehr stark und wird von verschiedenen Wissenschaftlern unterschiedlich geschätzt. Mischköstler nehmen täglich zwischen 2 und 12 µ mol (= 20 - 200 mg) L-Carnitin pro kg Körpergewicht mit der Nahrung auf (Rebouche 1992xxxv, 1998xxxvi) andere Wissenschaftler sprechen von 300 mg am Tag (Schek 1994xxxvii). Vegetarier nehmen dagegen nur 0,1 µ mol L-Carnitin pro Tag und kg Körpergewicht auf (Rebouche 1992, 1998). Mit Hilfe dieser neuesten und bisher umfangreichsten Referenzliste von Gustavsen 2000 sowie anhand nationaler und internationaler Verzehrsstudien konnten Harmeyer und Gustavsen die durchschnittliche und maximale tägliche Aufnahme von L-Carnitin mit der Nahrung heute genauer abschätzen. Die Autoren dieser Arbeit kommen dabei zu dem Schluß, daß durchschnittlich wohl zwischen 100 und 300 mg L-Canitin pro Tag mit der Nahrung aufgenommen werden. Bei einer ausgesprochen fleischreichen Ernährung können aber auch bis zu 1.000 mg L-Carnitin, im Extremfall sogar 2.000 Milligramm L-Carnitin am Tag mit der Nahrung aufgenommen werden (Harmeyer 2000xxxviii). In den 80er Jahren gab es in der Sporternährung die Phase des Carboloadings, eine Diätform bei der große Mengen Kohlehydrate und Proteine verzehrt wurden. Sportler wurden dabei praktisch ausschliesslich mit Steaks, Nudel- und Reisgerichten ernährt. Ein normales Rindersteak (250g) enthält somit 350 mg L-Carnitin, ein T-Bone Steak (400g) sogar 480 mg. Dazu kommen weitere Mengen an L-Carnitin die täglich mit der Aufnahme von Käse Milch, Buttemilch Joghurt, Eis, Fisch, Suppen etc aufgenommen werden können. Während eines Grillabends oder Barbecues kann es also durchaus zur Aufnahme von 1.000 mg L-Carnitin durch 2-3 drei kleine Steaks oder Filetstücke kommen.

Vegetarier verfügen über signifikant erniedrigte L-Carnitin-Plasmaspiegel (Delanghe

1989xxxix, Lombard 1989xl, FÖhrenbach 1993, Krajcovicova-Kudlackova 1997xli und 1999xlii, KrÄhenbÜhl 2000, Richter 1999xliii). Leider gibt es bisher keine Ergebnisse über den MuskelCarnitingehalt von Vegetariern. Langfristige vegetarische Ernährung führt aber vermutlich auch zu einer Reduktion der L-Carnitinspeicher im Körper. FÖhrenbach 1993xliv Vegetarische Kost und extremer Ausdauersport führten zu einem Absinken des L-Carnitinspiegels im Blut. Die niedrigsten L-Carnitin-Werte fanden sich im Blut von vegetarisch lebenden Triathleten (siehe Grafik) die weniger als 50% des L-Carnitins anderer Sportler enthielten. Mit 29 µ mol/l lagen die L-Carnitin Werte der vegetarischen Triathleten im Plasma näher der Grenze von 20 µmol/l, bei der man von einem sekundären L-Carnitinmangel spricht.

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Riedel 1992xlv beobachtete bei 12 vegetarisch lebenden Marathonläuferinnen einen signifikant niedrigeren L-Carnitinspiegel als bei Frauen die sich mit normaler Mischkost ernährten. Bei diesen Frauen lag auch die Konzentration der L-Carnitinvorläufer Lysin und Methionin mit 30mg/kg Körpermasse an der unteren Grenze der Skala, so daß hier auch die L-Carnitin- Biosynthese eingeschränkt sein könnte.

Etzioni 1984xlvi

A 12-year old boy suffered episodes of vomiting, lethargy, and hypoglycaemia from the age of 1 year. Adhering to a vegetarian diet caused an increase in frequency and severity of the attacks. It was found that he was suffering from systemic carnitine deficiency that responded promptly to treatment with L-carnitine.

Kanaka 1992xlvii

A 7.5-month-old infant with failure to thrive, developmental delay, muscular hypotonia, a visible goitre and severe osteopenia is described. Laboratory examination revealed a markedly increased serum TSH with low free T4, severe iodine and carnitine deficiency. The infant was breastfed until the age of 2.5 months and was then given a mixture of almond extract in water. The mother is a strict vegan and the father a lactovegetarian. The nutritional intake of the child was severely depleted in calories (-46%), calcium (-73%) and iodine (-88%). The restrictive alternative nutrition was responsible for the various deficiency disorders. Einer Unterversorgung kann durch die Ergänzung der Nahrung mit L-Carnitin vorgebeugt werden. Werden Erwachsene über längere Zeit ohne L-Carnitin ernährt, sinken die L-Carnitin-Spiegel im Blut und Gewebe ab und es kommt zu Mangelerscheinungen. Deshalb enthält heute auch jede Sondennahrung L-Carnitin.

Biochemie des L-Carnitin

Evolutionsmäßig zählen die L-Carnitinstoffwechselwege neben der Glycolyse zu den ältesten in unserem Körper. Carnitin ist chemisch ein kleines Molekül und kommt praktisch in allen Zellen unseres Körpers vor. Man findet L-Carnitin schon in den frühesten Arche-Bakterien, wo es für manche Arten die einzige Kohelstoff- und Stickstoffquelle ist (Peluso 2000xlviii). Für andere Bakterien ist L-Carnitin eine osmoprotektive Verbindung (Jebbar 1998xlix, Robert 2000l, Peluso 2000). Es ist heute allgemein anerkanntes Lehrbuchwissen, daß die körpereigene L-Carnitinbiosynthese allein nicht ausreicht um den täglichen Bedarf zu decken. Mehr als 2/3 des täglichen L-Carnitin-Bedarfes stammt aus der Nahrung (Rebouche 1977li, Burtis 1999lii.

Schematische Kurzdarstellung der Biosynthese

Die L-Carnitinbiosynthese läuft in alle Säugetierorganismen gleich und ist in der Vergangenheit schon in einigen Reviewartikeln ausführlich beschrieben worden (Bremer 1983liii, Hoppel 1986liv, Rebouche 1986lvlvi, 1991lvii, 1992lviii, Bieber 1988lix, Brass 1992).

L-Carnitin wird aus den beiden essentiellen Aminosäuren Lysin und Methionin synthetisiert. Die vier Kohlenstoffatome des L-Carnitin-Kohlenstoffskeletts stammen, ebenso wie das

Stickstoffatom, vom Lysin (Kohlenstoffatome 3 bis 6) (Horne 1971lx+1973lxi, Cox

1973lxii,lxiii, Tanphaichitr 1973lxiv), die drei Methylgruppen am Stickstoff stammen vom S- Adenosyl-Methionin (Bremer 1961lxv, Wolf 1961lxvi), einem Methylgruppendonator. An der L-Carnitinsynthese sind mehere Organe des menschlichen Körpers gemeinsam beteiligt. Die gleichen (und noch viele andere) Ester des L-Carnitins entstehen auch in vivo durch Acylierung des L-Carnitins durch Coenzym A-ester, wie z.B:

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Für die Übertragung der Acylgruppe vom CoA-ester auf L-Carnitin ist eine Acyltransferase notwendig, in diesem Falle die Carnitin-Acetyltransferase.Diese Vorgänge finden in den Mitochondrien statt, in denen die ß-Oxidation der Fettsäuren, bzw. der oxidative Stoffwechsel abläuft. Graphische Darstellung der L-Carnitinbiosynthese nach (Haeckel 1990lxvii)

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Syntheseschritt 1 : Bildung von Trimethyllysin im Skelettmuskel

L-Carnitin wird zwar prinzipiell aus den Aminosäuren Lysin und Methionin hergestellt, aber die L-Carnitinbiosynthese kann nicht direkt auf die in der Nahrung enthalten Aminosäuren Methionin und Lysin zurückgreifen, sondern muß diese erst in Proteine einbauen und dann aus den aufgebauten Proteinen wieder abbauen. Säugetiere, wie auch der Mensch (Mammalier) können nur proteingebundenes Lysin mittels eines Enzyms (der Lysin- Methyltransferase) zu proteingebundenem Epsilon-N-Trimethyl-Lysin umsetzen (Cox und Hoppel 1973lxii,lxiii). Im Rahmen der L-Carnitinbiosynthese werden, im ersten enzymatischen Schritt durch die Protein-(Lysin)-Methyltransferase, Methylgruppen von proteingebundenem S-Adenosyl-Methionin auf spezifische proteingebunde Lysinreste von Peptiden oder Proteinen in der Skelttmuskulatur übertragen und so proteingebundes Trimethyl-Lysin gebildet. Das proteingebundene Epsilon-N-Trimethyl-Lysin ist als Vorläufer des für die sich daran anschließende Carnitinsynthese anzusehen (Rebouche 1976lxviii, 1986lxix, Olson 1987lxx). In Untersuchungen über die Verteilung von Trimethyl-Lysin wurde nachgewiesen, daß etwa 70% dieses Vorläufers in der Skelettmuskulatur vorliegt (Davis 1983lxxi, Davis 1986lxxii). S-Adenosyl-Methionin wird im Körper durch die L-Carnitinsynthese zu S- Adenosyl-Homocystein abgebaut und kann dann durch Folsäure und Vitamin B12 wieder in S-Adenosyl-Methionin umgwandelt werden. Trimethyl-Lysin kann für die weiteren Syntheseschritte erst nach Spaltung der Peptidbindung verwendet werden.

Freisetzung von Trimethyllysin aus Proteinen durch Proteinabbau

Das proteingebundene Epsilon-N-Trimethyl-Lysin wird im Säugetierorganismus erst durch Proteolyse, d.h. durch zellulären Proteinabbau für weitere Schritte der Carnitinsynthese verfügbar (Labadie 1976lxxiii). Beim Menschen, wie generell bei allen Säugetieren, ist die Synthese des ersten Zwischenprodukts des Syntheseweges Trimethyl-L-Lysin, eine posttranslationale Modifikation der Proteinsynthese und wird für die weitere Carnitinsynthese nur über den normalen Prozeß des "Proteinturnovers" bereitgestellt. Die intrazelluläre Trimethyl-Lysin-Freisetzung durch Protolyse ist ein Teil des allgemeinen Proteinstoffwechsels infolge eines Proteinabbaus (Hoppel 1986lxxiv). Nach Berechnungen von Harmeyer muß der menschliche Körper ca. 30g Muskelprotein abbauen um 1g L-Carnitin herzustellen (Harmeyer 2001lxxv). Die nächsten Syntheseschritte bis zur Bildung von Trimethylaminobutanoat (=Gamma-Butyrobetain) erfolgen praktisch in allen Geweben (Rebouche 1991lxxvi, 1992lxxvii, Cox 1974, Haigler 1974, Tanphaichitr 1974, Rebouche 1980, Englard 1979) vor allem aber in der Skelettmuskulatur statt, und hängen von der Verfügbarkeit an freiem Trimethyllysin ab, die in der Skelettmuskulatur am höchsten ist. Die an der Umwandlung von Epslion-Trimethyl-Lysin beteiligten Enzyme wurden in vielen menschlichen und tierischen Geweben gefunden (Cox 1974, Englard 1978lxxviii, Rebouche 1980lxxix). Das am letzten Umwandlungsschritt beteiligte Enzym (Gamma- Butyrobetainhydroxylase) kommt im Skelettmuskel und im Herzen nicht vor. Diese Gewebe geben daher das Gamma-Butyrobetain an das Blut ab und nehmen dafür im Gegenzug L- Carnitin aus dem Blut auf. (Rebouche 1980lxxix).

Syntheseschritt 2

Das durch Proteolyse freigesetzte Epsilon-N-Trimythyl-Lysin wird von einer mitochondrialen Hydroxylase zu Beta-Hydroxy-epsilon-N-Trimethyl-Lysin hydroxyliert. Für diese Reaktion wird Alpha-Keto(oxo)glutarat und Sauerstoff benötigt und in der Anwesenheit von Vitamin C und Eisen-Ionen (Fe² +) in Succinat und CO2 umgewandelt.

Syntheseschritt 3

Beta-Hydroxy-epsilon-N-Trimethyl-Lysin wird durch ein Enzym (Gamma-Hydroxy-Epsilon- Trimethyl-Lysin-Aldolase) in Gamma-Hydroxy-Butyrobetain-Aldehyd umgewandelt. Bei dieser Aldolase-Reaktion wird Pyridoxalphosphat (Vitamin B6) als Cofaktor benötigt (Dunn 1982lxxx, Hulse 1978lxxxi, Cho 1990lxxxii) welches in Glycin umgwandelt wird.

Syntheseschritt 4

Gamma-Hydroxy-Butyrobetain-Aldehyd wird dann durch NAD+ zu Gamma-Butyrobetain weiter oxidiert. Eine ausreichende Verfügbarkeit von NAD+ hängt von dem Vorhandensein adequater Mengen Vitamin B3 (Niacin) abhängig (Bach 1982lxxxiii).

Syntheseschritt 5

Die ersten vier Schritte finden praktisch in der Skellettmuskulatur statt. Das Gamma- Butyrobetain wird dann in das Blut abgegeben und von der Leber und Niere aufgenommen und in L-Carnitin umgewandelt.

Der letzte Schritt der L-Carnitinbiosynthese, ist die stereospezifische Hydroxylierung am ß- Kohlenstoffatom des y-Butyrobetains unter Bildung von L-Carnitin. Das Enzym, das diese Reaktion katalysiert, die y-Butyrobetain-Hydroxylase, eine Dioxygenase (Rebouche 1991lxxxiv)

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