GABA, Glutamat und Glutamin: der Weg im Körper · Biomarker & Laboranalyse

Diese Seite zeigt den biochemischen Weg hinter dem Laborwert GABA, Glutamat, Glutamin: 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

Glutamat und GABA sind Botenstoffe des Nervensystems: Glutamat erregt, GABA hemmt. Nervenzellen bilden GABA aus Glutamat, und Astrozyten liefern über Glutamin den Nachschub für beide. Überwiegt eine Seite, verschiebt sich das Gleichgewicht aus Erregung und Hemmung.

8 Stationen · 7 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.

Glutamin → Glutamat Glutaminase Das Enzym Glutaminase spaltet aus Glutamin eine Aminogruppe ab; so entsteht Glutamat, der wichtigste erregende Botenstoff des Gehirns. Es erregt die Empfängerzelle über NMDA- und AMPA-Rezeptoren. Quelle 1, 4↕ beides, je nach Menge Glutamat erregt die Empfängerzelle über Rezeptoren wie NMDA- und AMPA-Rezeptoren, die Natrium und Calcium einströmen lassen. Zugleich ist es Ausgangsstoff für GABA und Teil des Energiestoffwechsels. gesicherte Physiologie Quelle 5, 2
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Bleibt Glutamat lange im Spalt, bleiben die Rezeptoren geöffnet; in Zellkultur und Tiermodell strömt dann mehr Calcium in die Nervenzelle, als sie wegpuffern kann.

zu wenig — Ist wenig Glutamat da, fällt die erregende Übertragung schwächer aus, und für die Bildung von GABA steht weniger Ausgangsstoff bereit.

in Studien beobachtet · Quelle 5
Glutamat → GABA GAD65, GAD67 · Vitamin B6 (PLP) In bestimmten Nervenzellen entfernt die Glutamat-Decarboxylase (GAD65, GAD67) aus Glutamat eine Carboxylgruppe. So entsteht GABA, der wichtigste hemmende Botenstoff. Das Enzym braucht Pyridoxalphosphat, die aktive Form von Vitamin B6. GABA dämpft die Erregung. Quelle 3, 2↓ zehrt GABA hemmt die Empfängerzelle: Am GABA-A-Rezeptor öffnet es einen Chloridkanal, am GABA-B-Rezeptor wirkt es über G-Proteine; die Zelle wird schwerer erregbar. So hält GABA dem Glutamat das Gleichgewicht. gesicherte Physiologie Quelle 2
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Liegt viel GABA vor, überwiegt die Hemmung, und die Nervenzellen werden schwerer erregbar; die GABA-Transaminase baut den Überschuss in Astrozyten und Nervenzellen ab.

zu wenig — Ist wenig PLP da, liegt mehr GAD als inaktive Form ohne Cofaktor vor, und es entsteht weniger GABA; die Hemmung fällt dann schwächer aus als die Erregung.

in Studien beobachtet · Quelle 3, 2
GABA → Synaptischer Spalt · VGAT, VGLUT (Vesikel) Vesikuläre Transporter füllen GABA und Glutamat in Speicherbläschen. Bei einem Signal schütten die Zellen den Inhalt in den Spalt zwischen zwei Nervenzellen aus, wo er an Rezeptoren bindet. Wie lange sie dort bleiben, bestimmt die Signalstärke. Quelle 1, 2↕ beides, je nach Menge Im Spalt treffen Erregung und Hemmung aufeinander: Wie lange Glutamat und GABA dort bleiben, bestimmt die Stärke des Signals. Die rasche Aufnahme in Astrozyten und Nervenzellen beendet es. gesicherte Physiologie Quelle 1, 5
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Werden die Botenstoffe langsamer aus dem Spalt geräumt, wirken sie länger und auch an benachbarten Synapsen; bei Glutamat strömt dann vermehrt Calcium in die Zellen.

zu wenig — Wird wenig ausgeschüttet, etwa weil der Vorrat in den Bläschen klein ist, fällt das Signal an der Empfängerzelle schwächer aus.

in Studien beobachtet · Quelle 5, 1
Im Astrozyten → Glutamin im Astrozyten Glutamin-Synthetase · ATP, Ammoniak Die Glutamin-Synthetase hängt an Glutamat eine Aminogruppe aus Ammoniak; dafür wird ATP verbraucht. Das Glutamin gibt der Astrozyt an die Nervenzelle zurück — der Kreis schließt sich. Dabei wird zugleich Ammoniak gebunden. Quelle 1, 4↑ liefert Die Glutamin-Synthetase bindet Ammoniak, das sonst im Gehirn frei bliebe, und macht Glutamat ohne erregende Wirkung transportfähig. Im Gehirn sitzt das Enzym vor allem in Astrozyten. gesicherte Physiologie Quelle 1, 4
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Fällt viel Ammoniak an, bindet die Glutamin-Synthetase mehr davon und verbraucht dafür mehr ATP; das zusätzliche Glutamin gibt der Astrozyt ab.

zu wenig — Arbeitet die Glutamin-Synthetase langsamer, etwa wenn wenig Mg-ATP bereitsteht, bleiben mehr Glutamat und Ammoniak im Astrozyten, und die Nervenzelle erhält weniger Glutamin.

in Studien beobachtet · Quelle 1, 7
Im Astrozyten → Succinat-Semialdehyd GABA-Transaminase · Vitamin B6 (PLP), α-Ketoglutarat Die GABA-Transaminase überträgt die Aminogruppe von GABA auf α-Ketoglutarat. Dabei entstehen Succinat-Semialdehyd und Glutamat. Auch dieses Enzym arbeitet mit Pyridoxalphosphat. So endet die Wirkung von GABA. Quelle 4, 1↓ zehrt Die GABA-Transaminase beendet die Wirkung von GABA endgültig und gewinnt dabei Glutamat zurück, sodass die Aminogruppe nicht verloren geht. Wird das Enzym gehemmt, steigt GABA an, wie die Fachinformation zu Vigabatrin beschreibt. gesicherte Physiologie Quelle 4, 6
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Läuft die GABA-Transaminase rasch, wird GABA zügig abgebaut, und weniger davon bleibt für die Hemmung übrig.

zu wenig — Ist die GABA-Transaminase gebremst, wie bei Vigabatrin beschrieben, wird GABA langsamer abgebaut und liegt im Nervensystem in höherer Menge vor.

gesicherte Physiologie · Quelle 4, 6
Succinat-Semialdehyd → Succinat SSADH · NAD⁺ Die Succinat-Semialdehyd-Dehydrogenase bildet daraus Succinat, ein Zwischenprodukt des Citratzyklus. Über diesen Bogen fließt GABA zurück in den Energiestoffwechsel. Ist wenig NAD⁺ da, läuft dieser Schritt langsamer. Quelle 4, 2↑ liefert Über Succinat geht das Kohlenstoffgerüst von GABA in den Citratzyklus und liefert dort Energie; dieser Bogen heißt GABA-Shunt. NAD⁺ nimmt dabei Wasserstoff auf. gesicherte Physiologie Quelle 4, 2
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Fließt viel GABA über den Shunt ab, gelangt mehr Kohlenstoff in den Citratzyklus, und weniger GABA bleibt für die Signalübertragung.

zu wenig — Ist wenig NAD⁺ da, arbeitet die Dehydrogenase langsamer, und Succinat-Semialdehyd wird zögerlicher zu Succinat umgesetzt.

gesicherte Physiologie · Quelle 4, 2

Weitere Stationen

Glutamin — Aminosäure aus dem Astrozyt Glutamin ist die Form, in der die Stützzellen des Gehirns (Astrozyten) den Nervenzellen Nachschub liefern. Es trägt keine elektrische Ladung und lässt sich leicht durch Membranen befördern. Es wirkt selbst nicht als Botenstoff. Quelle 1, 2↑ liefert Glutamin ist der ungeladene Träger, der Glutamat und GABA nachliefert, ohne selbst als Botenstoff zu wirken. Zugleich bringt es den Stickstoff aus Ammoniak vom Astrozyten zur Nervenzelle. gesicherte Physiologie Quelle 1, 2
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Kommt viel Glutamin an, entsteht nicht beliebig mehr Glutamat: Die Glutaminase der Nervenzelle wird durch ihr eigenes Produkt Glutamat gebremst.

zu wenig — Liefert der Astrozyt wenig Glutamin, füllt die Nervenzelle ihren Vorrat an Glutamat und GABA nur langsam auf, weil sie beide aus Glucose allein kaum nachbilden kann.

in Studien beobachtet · Quelle 4, 1
Im Astrozyten — Aufnahme über Transporter Astrozyten holen Glutamat über die Transporter EAAT1 und EAAT2 aus dem Spalt, GABA über GAT-Transporter. Dadurch endet das Signal und der Stoff steht wieder zur Verfügung. Arbeiten die Transporter langsamer, bleibt Glutamat länger im Spalt. Quelle 5, 1↓ zehrt Die Transporter entziehen dem Spalt Glutamat und GABA und beenden so das Signal; EAAT2 leistet den größten Teil der Glutamat-Aufnahme im Gehirn. Die Energie liefert das Natriumgefälle. gesicherte Physiologie Quelle 5, 1
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Arbeiten die Transporter sehr rasch, bleibt Glutamat nur kurz im Spalt, und das Signal bleibt auf die einzelne Synapse begrenzt.

zu wenig — Arbeiten die Transporter langsamer, bleibt Glutamat länger im Spalt; im Tiermodell ohne EAAT2 steigt Glutamat außerhalb der Zellen an, und Nervenzellen werden übererregt.

in Studien beobachtet · Quelle 5

Cofaktoren dieses Weges

Vitamin B6 (PLP) — Cofaktor der Glutamat-Decarboxylase, die GABA bildet, und der GABA-Transaminase; ohne PLP entsteht weniger GABA Quelle 3, 4Im ORY-Katalog als Laborwert: Vitamin B6
Magnesium — Metall-Ion und Teil des Mg-ATP im aktiven Zentrum der Glutamin-Synthetase; nötig, damit Ammoniak gebunden wird Quelle 7Im ORY-Katalog als Laborwert: Magnesium
α-Ketoglutarat — Nimmt bei der GABA-Transaminase die Aminogruppe von GABA auf; so wird Glutamat zurückgewonnen Quelle 4, 1Im ORY-Katalog als Laborwert: Alpha-Ketoglutarat (2-Oxoglutarat)
NAD⁺ — Nimmt Wasserstoff auf, wenn SSADH Succinat-Semialdehyd zu Succinat umsetzt; ist wenig da, läuft der Schritt langsamer Quelle 4Im ORY-Katalog als Laborwert: NAD⁺ (Nicotinamidadenindinukleotid)
Natrium — Die Transporter EAAT1 und EAAT2 holen Glutamat zusammen mit Natrium in den Astrozyten; das Gefälle treibt die Aufnahme Quelle 5Im ORY-Katalog als Laborwert: Natrium (intrazellulär)
Kalium — Wird beim Glutamat-Transport über EAAT im Gegenzug aus der Zelle befördert; das hält die Aufnahme in Gang Quelle 5Im ORY-Katalog als Laborwert: Kalium (intrazellulär)

Was auf diesen Weg einwirkt

Vigabatrin — Vigabatrin bindet dauerhaft an die GABA-Transaminase. Die Fachinformation beschreibt, dass GABA dadurch langsamer abgebaut wird und im Nervensystem in höherer Menge vorliegt. Quelle 6

Quellen

Bak LK, Schousboe A, Waagepetersen HS. The glutamate/GABA-glutamine cycle: aspects of transport, neurotransmitter homeostasis and ammonia transfer. J Neurochem 2006 · PubMed 16787421
Andersen JV, Schousboe A et al. Milestone Review: Metabolic dynamics of glutamate and GABA mediated neurotransmission - The essential roles of astrocytes. J Neurochem 2023 · PubMed 36919769
Martin DL, Rimvall K. Regulation of gamma-aminobutyric acid synthesis in the brain. J Neurochem 1993 · PubMed 8419527
Waagepetersen HS, Sonnewald U, Schousboe A. Compartmentation of glutamine, glutamate, and GABA metabolism in neurons and astrocytes: functional implications. Neuroscientist 2003 · PubMed 14580123
Danbolt NC. Glutamate uptake. Prog Neurobiol 2001 · PubMed 11369436
US-Fachinformation Vigabatrin (DailyMed), Abschnitt 12.1 Mechanism of Action · Fachinformation
Eisenberg D, Gill HS, Pfluegl GM et al. Structure-function relationships of glutamine synthetases. Biochim Biophys Acta 2000 · PubMed 10708854