Kynurenin-Weg: der Weg im Körper · Biomarker & Laboranalyse

Diese Seite zeigt den biochemischen Weg hinter dem Laborwert Kynurenin-Weg: 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

Der Kynurenin-Weg ist der Hauptabbauweg der Aminosäure Tryptophan; zu ihm gehören Kynurenin, Kynurensäure, 3-Hydroxykynurenin und Quinolinsäure. Botenstoffe der Abwehr regen seinen ersten Schritt an; am Ende steht NAD⁺, das die Zelle auch aus Niacin (Vitamin B3) aufbaut.

10 Stationen · 9 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.

Tryptophan → Kynurenin IDO, TDO · Häm (Eisen), Sauerstoff Die Enzyme IDO und TDO öffnen den Ring des Tryptophans; so entsteht Kynurenin. Das Verhältnis von Kynurenin zu Tryptophan beschreibt, wie stark dieser Schritt gerade abläuft. Kynurenin bindet in Abwehrzellen an den Aryl-Hydrocarbon-Rezeptor. Quelle 1, 2, 8↕ beides, je nach Menge IDO gehört zur Abwehr: die Zelle verbraucht Tryptophan und entzieht es Erregern und T-Zellen, die darauf angewiesen sind. Über den Aryl-Hydrocarbon-Rezeptor dämpft Kynurenin die Abwehrzelle zusätzlich. Dieselbe Bremse schont Gewebe und schwächt die Abwehr. gesicherte Physiologie Quelle 7, 2
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Läuft IDO stärker, steigt das Verhältnis Kynurenin zu Tryptophan. In Abwehrzellen bindet dann mehr Kynurenin an den Aryl-Hydrocarbon-Rezeptor, und die Zelle fährt ihre Antwort herunter.

zu wenig — Bleibt IDO ruhig, baut vor allem die TDO der Leber Tryptophan zu Kynurenin ab; mehr bleibt für Eiweißbau und Serotonin. Erreger und T-Zellen, die darauf angewiesen sind, finden dann mehr davon vor.

gesicherte Physiologie · Quelle 7, 2
Forschungsfeld — Das Verhältnis Kynurenin zu Tryptophan wird bei Entzündungen und bei Erkrankungen des Nervensystems untersucht. Quelle 9, 8
Kynurenin → 3-Hydroxykynurenin KMO · FAD, NADPH Die Kynurenin-3-Monooxygenase (KMO) hängt eine OH-Gruppe an Kynurenin. Das Enzym sitzt in der äußeren Membran der Mitochondrien und arbeitet mit FAD und NADPH. In Zellkultur bildet es mit Eisen und Kupfer Radikale. Quelle 3, 1↕ beides, je nach Menge 3-Hydroxykynurenin ist Durchgangsstoff und Oxidationsmittel in einem: es kann Elektronen abgeben und dabei Sauerstoffradikale bilden. In Zellkultur führt eine Anhäufung zum Zelltod. Wie viel sich anhäuft, hängt am Tempo der Kynureninase. in Studien beobachtet Quelle 3, 1
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Arbeitet KMO schneller als die Kynureninase danach, staut sich 3-Hydroxykynurenin — der Stoff, der Elektronen abgibt und mit Eisen und Kupfer Radikale bildet. In Zellkultur führt die Anhäufung zum Zelltod.

zu wenig — Bleibt dieser Schritt zurück, geht mehr Kynurenin zur Kynurensäure, die am Rezeptor dämpft statt zu erregen.

in Studien beobachtet · Quelle 3, 1
Forschungsfeld — Die Anhäufung dieses Stoffes wird bei Erkrankungen des Nervensystems untersucht. Quelle 9, 3
3-Hydroxykynurenin → 3-Hydroxyanthranilsäure Kynureninase · Vitamin B6 (PLP) Die Kynureninase spaltet von 3-Hydroxykynurenin die Seitenkette ab. Auch dieses Enzym arbeitet mit Pyridoxalphosphat, der aktiven Form von Vitamin B6. Ist wenig Vitamin B6 da, stauen sich die Stufen davor. Quelle 1↕ beides, je nach Menge Auch dieser Stoff gibt Elektronen ab und bildet mit Eisen und Kupfer Radikale; in Zellkultur zeigt er je nach Umgebung beide Seiten. Sein Umsatz hängt an Vitamin B6 — ist wenig davon da, stauen sich die Stufen davor und mehr Material geht in die Seitenwege. in Studien beobachtet Quelle 1
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Staut sich dieser Stoff, bildet auch er mit Eisen und Kupfer Radikale; in Zellkultur zeigt er je nach Umgebung beide Seiten.

zu wenig — Ist wenig Vitamin B6 da, kommt die Kynureninase nicht nach. Dann weicht mehr Material in die Xanthurensäure aus, die der Körper ausscheidet.

in Studien beobachtet · Quelle 1
3-Hydroxyanthranilsäure → Quinolinsäure 3-HAO · Eisen Ein eisenhaltiges Enzym öffnet den Ring; das Zwischenprodukt ACMS lagert sich von selbst zu Quinolinsäure um. Quinolinsäure bindet im Nervensystem an NMDA-Rezeptoren. Am Rezeptor wirkt sie erregend. Quelle 1↕ beides, je nach Menge Als Baustein ist Quinolinsäure der Weg nach vorn: QPRT setzt sie zu NAD⁺ um. Am NMDA-Rezeptor wirkt sie erregend und lässt Calcium einströmen; bleibt der Kanal zu lange offen, belastet das die Nervenzelle. Welche Seite überwiegt, hängt am Tempo von QPRT. in Studien beobachtet Quelle 1
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Staut sich Quinolinsäure, bleibt mehr davon am NMDA-Rezeptor. In Zellkultur und Tiermodell hält das den Calciumkanal länger offen, als die Zelle die Last wegpuffert.

zu wenig — Kommt wenig an, muss das NAD⁺ aus Niacin stammen; der lange Weg aus Tryptophan trägt dann kaum bei.

in Studien beobachtet · Quelle 1
Forschungsfeld — Die Wirkung am NMDA-Rezeptor wird bei Erkrankungen des Nervensystems untersucht. Quelle 9, 1
Quinolinsäure → NAD⁺ QPRT · PRPP Beide Wege enden hier: QPRT baut Quinolinsäure über zwei Schritte zu NAD⁺ um; NAPRT und NAMPT setzen Nicotinsäure und Nicotinamid um. So liefert Tryptophan NAD⁺ neben dem kürzeren Weg aus Niacin (Vitamin B3). Viele Enzyme verbrauchen es laufend. Quelle 4, 1, 6↑ liefert NAD⁺ nimmt Wasserstoff auf und gibt ihn weiter; ohne diesen Träger laufen Glykolyse, Citratzyklus und Fettsäureabbau nicht. Daneben ist NAD⁺ Verbrauchsgut: Sirtuine, PARP und CD38 spalten es auf. Energiegewinnung und DNA-Reparatur teilen denselben Vorrat. gesicherte Physiologie Quelle 4, 6
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Der Vorrat staut sich nicht an: die Zelle stellt NAD⁺ nach Bedarf her, und Sirtuine, PARP und CD38 verbrauchen es laufend. Was zunimmt, ist der Umsatz, nicht der Berg.

zu wenig — Sinkt der Vorrat, greifen Energiegewinnung und DNA-Reparatur auf dieselben Moleküle zu — beide nehmen aus demselben Topf.

gesicherte Physiologie · Quelle 4, 6
Niacin (Vitamin B3) → NAD⁺ NAPRT, NAMPT · PRPP Beide Wege enden hier: QPRT baut Quinolinsäure über zwei Schritte zu NAD⁺ um; NAPRT und NAMPT setzen Nicotinsäure und Nicotinamid um. So liefert Tryptophan NAD⁺ neben dem kürzeren Weg aus Niacin (Vitamin B3). Viele Enzyme verbrauchen es laufend. Quelle 4, 1, 6↑ liefert NAD⁺ nimmt Wasserstoff auf und gibt ihn weiter; ohne diesen Träger laufen Glykolyse, Citratzyklus und Fettsäureabbau nicht. Daneben ist NAD⁺ Verbrauchsgut: Sirtuine, PARP und CD38 spalten es auf. Energiegewinnung und DNA-Reparatur teilen denselben Vorrat. gesicherte Physiologie Quelle 4, 6
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Der Vorrat staut sich nicht an: die Zelle stellt NAD⁺ nach Bedarf her, und Sirtuine, PARP und CD38 verbrauchen es laufend. Was zunimmt, ist der Umsatz, nicht der Berg.

zu wenig — Sinkt der Vorrat, greifen Energiegewinnung und DNA-Reparatur auf dieselben Moleküle zu — beide nehmen aus demselben Topf.

gesicherte Physiologie · Quelle 4, 6

Weitere Stationen

Tryptophan — Aminosäure aus der Nahrung Tryptophan ist eine Aminosäure, die der Körper nicht selbst bilden kann. Ein Teil wird in Eiweiße eingebaut, ein kleiner Teil zu Serotonin umgebaut; der größte Teil geht in den Kynurenin-Weg. Die Wege teilen einen Vorrat. Quelle 1↑ liefert Tryptophan speist mehrere Wege: Eiweißbau, Serotonin, diesen Weg und über Darmbakterien die Indole. Alle teilen denselben Vorrat — wird einer stärker genutzt, bleibt für die anderen weniger. Jede Änderung wirkt deshalb auf die anderen Wege zurück. gesicherte Physiologie Quelle 1
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Mehr Tryptophan im Blut heißt nicht mehr Serotonin: an der Blut-Hirn-Schranke teilt es sich den Transporter mit anderen großen Aminosäuren, und die Hydroxylase ist der langsamste Schritt. Der Überschuss läuft in den Kynurenin-Weg.

zu wenig — Kommt wenig Tryptophan an, teilen sich alle Wege denselben kleineren Vorrat. Der Eiweißbau hat Vorrang; die Stoffwechselwege bekommen, was übrig bleibt.

gesicherte Physiologie · Quelle 1
Kynurensäure — Seitenprodukt Kynurenin-Aminotransferasen (KAT) bauen Kynurenin zu Kynurensäure um; sie arbeiten mit Vitamin B6. Kynurensäure bindet an Rezeptoren für Glutamat und wird mit dem Urin ausgeschieden. Am NMDA-Rezeptor wirkt sie gegenläufig zur Quinolinsäure. Quelle 5, 1↕ beides, je nach Menge Kynurensäure besetzt Bindestellen für Glutamat und dämpft dort die Erregung — am NMDA-Rezeptor wirkt sie damit gegenläufig zur Quinolinsäure. Dieselbe Dämpfung, die eine Übererregung bremst, setzt auch die normale Signalübertragung herab. in Studien beobachtet Quelle 5, 1
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Mehr Kynurensäure besetzt mehr Bindestellen für Glutamat. Dieselbe Dämpfung, die eine Übererregung bremst, setzt auch die normale Signalübertragung herab.

zu wenig — Arbeiten die KAT-Enzyme langsamer — etwa wenn wenig Vitamin B6 da ist —, fehlt das Gegenstück zur Quinolinsäure am selben Rezeptor.

in Studien beobachtet · Quelle 5, 1
Forschungsfeld — Das Verhältnis von Kynurensäure zu Quinolinsäure wird bei Erkrankungen des Nervensystems untersucht. Quelle 9, 5
Xanthurensäure — aus 3-Hydroxykynurenin Dieselben KAT-Enzyme bauen auch 3-Hydroxykynurenin um; dabei entsteht Xanthurensäure, die über den Urin ausgeschieden wird. Dieser Abzweig nimmt dem Weg Material weg. Quelle 5, 1↓ zehrt Dieser Abzweig führt Material aus dem Weg heraus: Xanthurensäure geht mit dem Urin verloren, statt zu NAD⁺ weitergegeben zu werden. Er wird stärker genutzt, wenn wenig Vitamin B6 da ist — die Kynureninase gibt den Cofaktor früher auf als die KAT-Enzyme. gesicherte Physiologie Quelle 5, 1
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Steigt die Menge, stockt der Weg davor: die Kynureninase gibt den Cofaktor Vitamin B6 früher auf als die KAT-Enzyme, und 3-Hydroxykynurenin weicht in diesen Abzweig aus.

zu wenig — Wenig Xanthurensäure heißt, dass der Hauptweg durchläuft und kaum Material seitlich ausweicht.

gesicherte Physiologie · Quelle 5, 1
Picolinsäure — Abzweig über ACMS Ein Teil des Zwischenprodukts ACMS wird durch das Enzym ACMSD zu Picolinsäure umgebaut, statt sich zu Quinolinsäure umzulagern. Wie viel diesen Abzweig nimmt, hängt von der Menge dieses Enzyms im Gewebe ab. Was hier abzweigt, trägt kein NAD⁺ bei. Quelle 1↓ zehrt Dieser Abzweig nimmt dem Hauptweg Material weg: was ACMSD zu Picolinsäure umbaut, erreicht die Quinolinsäure nicht und trägt kein NAD⁺ bei. Picolinsäure bindet Metalle wie Zink und Eisen und wird mit dem Urin ausgeschieden. gesicherte Physiologie Quelle 1
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Je mehr ACMSD umsetzt, desto weniger ACMS lagert sich zu Quinolinsäure um — der Abzweig nimmt dem Hauptweg Material weg, bevor NAD⁺ entsteht.

zu wenig — Arbeitet ACMSD wenig, lagert sich fast alles ACMS von selbst zu Quinolinsäure um, und der Hauptweg trägt den ganzen Durchsatz.

gesicherte Physiologie · Quelle 1
Niacin (Vitamin B3) — Nicotinsäure, Nicotinamid Niacin ist der Sammelname für Nicotinsäure und Nicotinamid aus der Nahrung. NAPRT setzt Nicotinsäure um, NAMPT das Nicotinamid; beide Wege münden in dieselben Zwischenstufen wie der Weg aus Tryptophan und enden bei NAD⁺. Niacin spart den langen Weg. Quelle 6, 4↑ liefert Niacin spart dem Körper den langen Weg: aus der Nahrung aufgenommen, erreicht es NAD⁺ in wenigen Schritten, während der Weg aus Tryptophan über viele Stufen läuft. Je mehr Niacin ankommt, desto weniger NAD⁺ muss aus Tryptophan entstehen. gesicherte Physiologie Quelle 6, 4
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Kommt viel Niacin aus der Nahrung, deckt der kurze Weg den Bedarf an NAD⁺, und der lange Weg aus Tryptophan fällt weniger ins Gewicht.

zu wenig — Kommt wenig an, hängt NAD⁺ stärker am Tryptophan — und damit an jedem Schritt davor, einschließlich der Cofaktoren Eisen und Vitamin B6.

gesicherte Physiologie · Quelle 6, 4

Cofaktoren dieses Weges

Vitamin B6 — Als Pyridoxalphosphat Cofaktor der Kynureninase und der Kynurenin-Aminotransferasen; mit wenig PLP staut sich der Weg Quelle 1, 5Im ORY-Katalog als Laborwert: Vitamin B6
Eisen — Häm-Eisen in IDO und TDO; ein weiteres Eisen-Enzym öffnet den Ring der 3-Hydroxyanthranilsäure; ohne es stockt der Weg Quelle 2, 1Im ORY-Katalog als Laborwert: Eisen
Niacin (Vitamin B3) — Nicotinsäure und Nicotinamid sind Vorstufen, aus denen die Zelle NAD⁺ auch ohne diesen Weg aufbaut; der kürzere Weg Quelle 6
Vitamin B2 (FAD) — Als FAD Cofaktor der Kynurenin-3-Monooxygenase (KMO); ohne FAD hängt KMO keine OH-Gruppe an Quelle 3
NADPH — Liefert der KMO die Elektronen für das Anhängen der OH-Gruppe; es wird dabei verbraucht Quelle 3
PRPP — Liefert der QPRT den Zucker-Phosphat-Teil auf dem Weg zu NAD⁺; ohne PRPP entsteht aus Quinolinsäure kein NAD⁺ Quelle 4

Was auf diesen Weg einwirkt

Entzündungssignale — Interferon-γ aus Zellen der Abwehr, TNF und bakterielles LPS lassen Makrophagen, dendritische Zellen und Zellen der Gefäßwand das Gen für IDO stärker ablesen. Dann geht mehr Tryptophan in diesen Weg, und das Verhältnis Kynurenin zu Tryptophan steigt. Quelle 7, 2
Cortisol — In der Leber macht das verwandte Enzym TDO den ersten Schritt. Cortisol und verwandte Glucocorticoide lassen die Leberzelle mehr TDO bilden; so läuft dort mehr Tryptophan über den Kynurenin-Weg. Quelle 1
Entzündung an KMO — Dieselben Signale — Interferon-γ, TNF und bakterielles LPS — lassen Abwehrzellen auch KMO stärker bilden. Dann geht mehr Kynurenin in Richtung 3-Hydroxykynurenin und Quinolinsäure und weniger in die Kynurensäure. Quelle 7, 3

Quellen

Badawy AA. Kynurenine Pathway of Tryptophan Metabolism: Regulatory and Functional Aspects. Int J Tryptophan Res 2017 · PubMed 28469468
King NJ, Thomas SR. Molecules in focus: indoleamine 2,3-dioxygenase. Int J Biochem Cell Biol 2007 · PubMed 17320464
Smith JR, Jamie JF, Guillemin GJ. Kynurenine-3-monooxygenase: a review of structure, mechanism, and inhibitors. Drug Discov Today 2016 · PubMed 26589832
Magni G, Amici A, Emanuelli M et al. Enzymology of NAD+ synthesis. Adv Enzymol Relat Areas Mol Biol 1999 · PubMed 10218108
Rossi F, Miggiano R, Ferraris DM et al. The Synthesis of Kynurenic Acid in Mammals: An Updated Kynurenine Aminotransferase Structural KATalogue. Front Mol Biosci 2019 · PubMed 30873412
Bogan KL, Brenner C. Nicotinic acid, nicotinamide, and nicotinamide riboside: a molecular evaluation of NAD+ precursor vitamins in human nutrition. Annu Rev Nutr 2008 · PubMed 18429699
Munn DH, Mellor AL. Indoleamine 2,3 dioxygenase and metabolic control of immune responses. Trends Immunol 2013 · PubMed 23103127
Cervenka I, Agudelo LZ, Ruas JL. Kynurenines: Tryptophan's metabolites in exercise, inflammation, and mental health. Science 2017 · PubMed 28751584
Schwarcz R, Bruno JP, Muchowski PJ, Wu HQ. Kynurenines in the mammalian brain: when physiology meets pathology. Nat Rev Neurosci 2012 · PubMed 22678511