Verzweigtkettige Aminosäuren: der Weg im Körper · Biomarker & Laboranalyse

Diese Seite zeigt den biochemischen Weg hinter dem Laborwert Leucin, Isoleucin, Valin: welche Stationen aufeinander folgen, welche Enzyme den Schritt machen und welche Cofaktoren sie dafür brauchen. Jede Aussage hat eine Quelle. Die Seite beschreibt allgemeines Lehrbuchwissen und sagt nichts über einen einzelnen Menschen.

Kurz erklärt

Leucin, Isoleucin und Valin sind drei essenzielle Aminosäuren mit verzweigter Seitenkette. Sie dienen als Bausteine von Eiweißen, Leucin wirkt zusätzlich als Signal für den mTORC1-Weg, und ihr Abbau liefert Bausteine für den Energiestoffwechsel. Ihr Abbau beginnt im Muskel.

10 Stationen · 5 Quellen

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Der Weg Schritt für Schritt

An jeder Station steht, was der Stoff dort tut. Drei Zeichen: ↑ liefert — baut auf oder stellt bereit · ↓ zehrt — hemmt, verbraucht oder entzieht · ↕ beides, je nach Menge. Dahinter steht, worauf die Aussage beruht: gesicherte Physiologie, in Studien beobachtet oder umstritten. Die Zeichen bewerten nicht; sie benennen die Richtung.

Nahrungseiweiß → Leucin, Isoleucin, Valin Verdauungsenzyme Verdauungsenzyme zerlegen das Eiweiß in seine Bausteine. Über Transporter treten die drei Aminosäuren in die Zellen der Darmwand und von dort ins Blut. Sie sind Bausteine fast aller Eiweiße. Quelle 1↑ liefert Die drei sind Bausteine fast aller Eiweiße. Leucin wirkt zusätzlich als Signal, über das die Zelle den Aufbau neuer Eiweiße anschaltet. gesicherte Physiologie Quelle 1, 3
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Stehen viele BCAA bereit, gehen mehr davon in den Abbau; die frei werdenden Aminogruppen landen auf Glutamat und von dort auf Glutamin.

zu wenig — Sind wenig BCAA da, wird weniger Eiweiß aufgebaut, und Leucin gibt dem mTORC1-Weg ein schwächeres Signal.

gesicherte Physiologie · Quelle 1, 3
Leucin, Isoleucin, Valin → Im Blut Aminosäure-Träger Anders als die übrigen Aminosäuren werden diese drei in der Leber kaum umgesetzt, weil dort das erste Enzym des Abbauwegs fehlt. Sie erreichen deshalb Muskel, Fettgewebe, Niere und Gehirn. Dort liefern sie Stickstoff und Energie. Quelle 1, 2↑ liefert Weil die Leber sie durchlässt, verteilen sich die drei auf Muskel, Fettgewebe, Niere und Gehirn. Dort liefern sie Stickstoff für Glutamat und Kohlenstoff für den Energiestoffwechsel. gesicherte Physiologie Quelle 1, 2
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Stehen viele BCAA im Blut, konkurrieren sie an der Blut-Hirn-Schranke mit Tryptophan, Tyrosin und Phenylalanin um denselben Transporter; von diesen gelangt dann weniger ins Gehirn.

zu wenig — Sind wenig BCAA im Blut, gelangen weniger davon ins Gehirn; dort steht dann weniger Stickstoff für die Bildung von Glutamat bereit.

in Studien beobachtet · Quelle 2
In der Zelle → Verzweigte Ketosäuren BCAT · Vitamin B6 (PLP) Das Enzym BCAT überträgt die Aminogruppe auf α-Ketoglutarat. Dabei entstehen Glutamat und die zugehörige Ketosäure. Dieser Schritt ist umkehrbar. Die Ketosäuren können zurück zur Aminosäure oder endgültig abgebaut werden. Quelle 1, 2↑ liefert Die Ketosäuren sind eine Weiche: Die BCAT kann sie mit einer Aminogruppe zurück in die Aminosäure verwandeln, oder der BCKDH-Komplex baut sie endgültig ab. gesicherte Physiologie Quelle 1, 2
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Stauen sich die Ketosäuren, hemmen sie die BCKDH-Kinase; der BCKDH-Komplex bleibt dadurch aktiv und baut den Überschuss ab.

zu wenig — Sind wenig Ketosäuren da, bleibt der BCKDH-Komplex stärker phosphoryliert und damit gebremst; die Aminosäuren bleiben erhalten.

gesicherte Physiologie · Quelle 1
Verzweigte Ketosäuren → Acyl-CoA-Stufen BCKDH-Komplex · Thiamin (TPP), Liponsäure Der BCKDH-Komplex entfernt eine Carboxylgruppe und hängt Coenzym A an. Er arbeitet mit Thiaminpyrophosphat, Liponsäure, FAD und NAD⁺ und ist der langsamste Schritt des Weges. Ab hier ist der Abbau nicht mehr umkehrbar. Quelle 1, 4↑ liefert Mit diesem Schritt ist der Abbau nicht mehr umkehrbar. Die Acyl-CoA-Stufen werden weiter zu Bausteinen für den Energiestoffwechsel zerlegt. gesicherte Physiologie Quelle 1, 4
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Läuft der BCKDH-Komplex stark, werden die drei Aminosäuren rasch verbraucht; die BCKDH-Kinase bremst ihn dann durch Phosphorylierung.

zu wenig — Ist wenig Thiaminpyrophosphat, Liponsäure, FAD oder NAD⁺ da, kommt der Komplex nicht nach; dann stauen sich die Ketosäuren vor diesem Schritt.

gesicherte Physiologie · Quelle 1, 4
Acyl-CoA-Stufen → Acetyl-CoA Der weitere Abbau von Leucin endet in Acetyl-CoA und Acetoacetat. Aus diesen Stoffen bildet der Körper Ketonkörper oder führt sie dem Citratzyklus zu. Ketonkörper dienen Herz, Muskel und Gehirn als Brennstoff. Quelle 1↑ liefert Acetyl-CoA und Acetoacetat liefern Energie im Citratzyklus oder als Ketonkörper. Leucin liefert auf diesem Weg nur solche Bausteine, aus denen keine Glucose entstehen kann. gesicherte Physiologie Quelle 1
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Entsteht mehr Acetyl-CoA, als der Citratzyklus aufnimmt, bildet die Leber daraus Ketonkörper, die andere Gewebe als Brennstoff nutzen.

zu wenig — Entsteht wenig Acetyl-CoA aus Leucin und Isoleucin, stammt das Acetyl-CoA der Zelle aus Glucose und Fettsäuren.

gesicherte Physiologie · Quelle 1
Acyl-CoA-Stufen → Succinyl-CoA · Biotin, Vitamin B12 Über Propionyl-CoA entsteht Succinyl-CoA. Die beteiligten Enzyme brauchen Biotin und Adenosylcobalamin, die aktive Form von Vitamin B12. Succinyl-CoA füllt den Citratzyklus auf; daraus kann auch Glucose entstehen. Quelle 1, 5↑ liefert Succinyl-CoA füllt den Citratzyklus mit neuem Kohlenstoff auf; daraus kann auch Glucose entstehen. Valin und ein Teil des Isoleucins dienen so dem Aufbau von Glucose. gesicherte Physiologie Quelle 1, 5
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Fließt viel Propionyl-CoA zu, braucht die Methylmalonyl-CoA-Mutase mehr Adenosylcobalamin, um es über Methylmalonyl-CoA zu Succinyl-CoA umzubauen.

zu wenig — Ist wenig Adenosylcobalamin da, kommt die Mutase nicht nach; Methylmalonyl-CoA staut sich und wird zu Methylmalonsäure.

gesicherte Physiologie · Quelle 5
Acetyl-CoA → Citratzyklus Acetyl-CoA und Succinyl-CoA treten in den Citratzyklus ein, die zentrale Drehscheibe des Energiestoffwechsels. Dort wird ihr Kohlenstoff zu CO₂ abgebaut, und die Zelle gewinnt Energie. Quelle 1↑ liefert Im Citratzyklus wird der Kohlenstoff der drei Aminosäuren zu CO₂ abgebaut; dabei gewinnt die Zelle Energie, vor allem im Muskel. gesicherte Physiologie Quelle 1
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Kommen mehr Bausteine an, als der Zyklus umsetzen kann, wird Acetyl-CoA in der Leber zu Ketonkörpern umgelenkt.

zu wenig — Liefern die drei Aminosäuren wenig, speist sich der Zyklus aus Glucose und Fettsäuren; ihr Weg ist einer von mehreren Zuflüssen.

gesicherte Physiologie · Quelle 1
Succinyl-CoA → Citratzyklus Acetyl-CoA und Succinyl-CoA treten in den Citratzyklus ein, die zentrale Drehscheibe des Energiestoffwechsels. Dort wird ihr Kohlenstoff zu CO₂ abgebaut, und die Zelle gewinnt Energie. Quelle 1↑ liefert Im Citratzyklus wird der Kohlenstoff der drei Aminosäuren zu CO₂ abgebaut; dabei gewinnt die Zelle Energie, vor allem im Muskel. gesicherte Physiologie Quelle 1
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Kommen mehr Bausteine an, als der Zyklus umsetzen kann, wird Acetyl-CoA in der Leber zu Ketonkörpern umgelenkt.

zu wenig — Liefern die drei Aminosäuren wenig, speist sich der Zyklus aus Glucose und Fettsäuren; ihr Weg ist einer von mehreren Zuflüssen.

gesicherte Physiologie · Quelle 1

Weitere Stationen

Nahrungseiweiß — Quelle der Aminosäuren Leucin, Isoleucin und Valin tragen eine verzweigte Seitenkette. Der Körper kann sie nicht selbst herstellen; sie stammen aus dem Eiweiß der Nahrung. Es liefert die drei Aminosäuren für Eiweißaufbau und Energie. Quelle 1↑ liefert Das Eiweiß der Nahrung ist die einzige Zufuhr der drei Aminosäuren von außen. Weitere Mengen werden frei, wenn der Körper eigenes Eiweiß umbaut. gesicherte Physiologie Quelle 1
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Kommt viel Eiweiß an, steigen die drei im Blut; ihre Ketosäuren hemmen dann die BCKDH-Kinase, und der BCKDH-Komplex baut mehr davon ab.

zu wenig — Kommt wenig Eiweiß an, schaltet die BCKDH-Kinase den Komplex durch Phosphorylierung ab; die drei Aminosäuren werden geschont und bleiben für den Eiweißaufbau.

gesicherte Physiologie · Quelle 1
Leucin als Signal — Sensor Sestrin2 In der Zelle bindet Leucin an das Protein Sestrin2. Dadurch wird der Signalweg mTORC1 angeschaltet, über den die Zelle die Bildung neuer Eiweiße steuert. Ist wenig Leucin da, bleibt dieser Weg aus. Quelle 3↑ liefert Leucin löst Sestrin2 von seinem Partner GATOR2. Dadurch wird mTORC1 frei, das Wachstum und Eiweißaufbau der Zelle anschaltet. Belegt ist das in Zellkultur. in Studien beobachtet Quelle 3
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Bindet viel Leucin, bleibt Sestrin2 von GATOR2 gelöst und mTORC1 angeschaltet; in Zellkultur folgt die Aktivität der Leucinmenge.

zu wenig — Ist wenig Leucin da, hält Sestrin2 GATOR2 fest; mTORC1 bleibt aus, und die Zelle bildet weniger neue Eiweiße. Gezeigt in Zellkultur.

in Studien beobachtet · Quelle 3
In der Zelle — Muskel, Fettgewebe, Niere In diesen Geweben beginnt der Abbau der drei Aminosäuren. Im Muskel ist das erste Enzym besonders reichlich vorhanden. Ihre Aminogruppen gehen an Glutamat, von dort an Glutamin und Alanin. Quelle 1, 2↑ liefert Im Muskel überträgt die BCAT die Aminogruppen und liefert so Stickstoff für Glutamat, Glutamin und Alanin. Die Ketosäuren gibt der Muskel zum Teil an das Blut ab, die Leber baut sie weiter ab. gesicherte Physiologie Quelle 1, 2
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Nimmt der Muskel viele BCAA auf, entstehen mehr Ketosäuren, als sein BCKDH-Komplex abbauen kann; der Überschuss geht ins Blut und wird in der Leber abgebaut.

zu wenig — Kommen wenig BCAA an, bildet der Muskel weniger Glutamat aus ihren Aminogruppen und gibt weniger Stickstoff als Glutamin und Alanin ab.

gesicherte Physiologie · Quelle 1

Cofaktoren dieses Weges

Vitamin B6 — Als Pyridoxalphosphat Cofaktor der BCAT, die die Aminogruppe auf α-Ketoglutarat überträgt; ohne PLP stockt die BCAT Quelle 1Im ORY-Katalog als Laborwert: Vitamin B6
Thiamin (Vitamin B1) — Als Thiaminpyrophosphat Cofaktor des BCKDH-Komplexes, der die Carboxylgruppe abspaltet; ohne TPP stockt der Abbau Quelle 1, 4
Liponsäure — Trägt im BCKDH-Komplex die Acylgruppe zur Übergabe an Coenzym A; ohne sie kein Acyl-CoA Quelle 4
Riboflavin (Vitamin B2) — Als FAD Teil der E3-Untereinheit des BCKDH-Komplexes, die die Liponsäure wieder oxidiert Quelle 1, 4
Niacin (NAD⁺) — NAD⁺ nimmt im BCKDH-Komplex die Elektronen auf und wird dabei zu NADH Quelle 1, 4Im ORY-Katalog als Laborwert: NAD⁺ (Nicotinamidadenindinukleotid)
Biotin — Cofaktor der Propionyl-CoA-Carboxylase beim Abbau von Valin und Isoleucin; ohne Biotin stockt dieser Weg Quelle 1
Vitamin B12 — Als Adenosylcobalamin Cofaktor der Methylmalonyl-CoA-Mutase auf dem Weg zu Succinyl-CoA; fehlt es, staut sich der Weg Quelle 5Im ORY-Katalog als Laborwert: Vitamin B12
α-Ketoglutarat — Nimmt im BCAT-Schritt die Aminogruppe auf und wird dabei zu Glutamat; so sammelt Glutamat den Stickstoff Quelle 1Im ORY-Katalog als Laborwert: Alpha-Ketoglutarat (2-Oxoglutarat)

Quellen

Harris RA, Joshi M, Jeoung NH. Overview of the molecular and biochemical basis of branched-chain amino acid catabolism. J Nutr 2005 · PubMed 15930464
Sperringer JE, Addington A, Hutson SM. Branched-Chain Amino Acids and Brain Metabolism. Neurochem Res 2017 · PubMed 28417264
Wolfson RL, Chantranupong L, Saxton RA et al. Sestrin2 is a leucine sensor for the mTORC1 pathway. Science 2016 · PubMed 26449471
Szabo E, Nagy B, Czajlik A et al. Mitochondrial Alpha-Keto Acid Dehydrogenase Complexes: Recent Developments on Structure and Function in Health and Disease. Subcell Biochem 2024 · PubMed 38963492
Takahashi-Iñiguez T, García-Hernandez E et al. Role of vitamin B12 on methylmalonyl-CoA mutase activity. J Zhejiang Univ Sci B 2012 · PubMed 22661206