Citrullin: der Weg im Körper · Biomarker & Laboranalyse

Citrullin ist Teil des Weges „Arginin und Stickstoffmonoxid“. Diese Seite zeigt den ganzen Weg; die Station von Citrullin ist hervorgehoben.

Hier steht dieser Laborwert: Citrullin — aus dem Darm. Citrullin ist eine Aminosäure, die nicht in Eiweiße eingebaut wird. Darmzellen bilden sie aus Glutamin und geben sie ins Blut ab; die Niere fängt sie wieder ein. Aus ihr bildet die Niere Arginin nach. Quelle 1

Kurz erklärt

Stickstoffmonoxid (NO) ist ein kurzlebiges Gas, das NO-Synthasen aus der Aminosäure Arginin bilden. In der Gefäßwand löst es über den Botenstoff cGMP die Erschlaffung der Muskelzellen aus; ADMA hemmt seine Bildung. Trifft NO auf Superoxid, entsteht Peroxynitrit.

10 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.

Citrullin → Argininosuccinat ASS · Aspartat, ATP In der Niere verknüpft die Argininosuccinat-Synthase Citrullin mit der Aminosäure Aspartat. Dieser Schritt verbraucht ATP. Er ist der langsamste Schritt zum Arginin. Quelle 1, 2↑ liefert Argininosuccinat ist die Zwischenstufe, über die Citrullin einen weiteren Stickstoff von Aspartat erhält. Seine Bildung verbraucht ATP und ist der langsamste Schritt auf dem Weg zum Arginin. gesicherte Physiologie Quelle 2, 1
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Entsteht viel Argininosuccinat, spaltet die Lyase es rasch weiter; es fallen dann mehr Arginin und Fumarat an.

zu wenig — Ist wenig Aspartat oder ATP da, kommt die Synthase nicht nach, und aus Citrullin entsteht weniger Arginin.

gesicherte Physiologie · Quelle 2
Argininosuccinat → Arginin ASL Die Argininosuccinat-Lyase spaltet Fumarat ab; übrig bleibt Arginin. Arginin stammt außerdem aus Nahrungseiweiß und aus dem Abbau körpereigener Eiweiße. Es ist der einzige Ausgangsstoff für NO. Quelle 2, 1↑ liefert Arginin ist der einzige Ausgangsstoff der NO-Synthase; zugleich nutzen es die Arginase, die Eiweißbildung und die Kreatinbildung. Welcher Weg wie viel bekommt, entscheidet sich in der einzelnen Zelle. gesicherte Physiologie Quelle 2, 3
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Liegt viel Arginin vor, arbeitet die NO-Synthase bereits nahezu gesättigt und bildet kaum mehr NO; der Überschuss geht vor allem an die Arginase.

zu wenig — Ist wenig Arginin in der Zelle, etwa weil die Arginase viel davon abzieht, bildet die NO-Synthase weniger NO und gibt in Studien vermehrt Superoxid ab.

in Studien beobachtet · Quelle 2, 3
Arginin → Ornithin Arginase · Mangan Die Arginase spaltet Arginin in Ornithin und Harnstoff. Sie trägt Mangan im aktiven Zentrum. In der Zelle teilen sich Arginase und NO-Synthase dasselbe Arginin. Was die Arginase spaltet, steht für NO nicht mehr bereit. Quelle 2↓ zehrt Die Arginase zieht Arginin von der NO-Synthase ab: Was sie zu Ornithin und Harnstoff spaltet, steht für NO nicht mehr bereit. Ornithin selbst ist Ausgangsstoff für Polyamine und Prolin. gesicherte Physiologie Quelle 2
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Ist die Arginase sehr aktiv, sinkt das Arginin in der Zelle, und der NO-Synthase bleibt weniger Ausgangsstoff; in Studien geht damit eine geringere NO-Bildung einher.

zu wenig — Arbeitet die Arginase wenig, bleibt mehr Arginin für die NO-Synthase; zugleich entsteht weniger Ornithin für Polyamine und Prolin.

in Studien beobachtet · Quelle 2, 3
Methyl-Arginin → ADMA Abbau der Eiweiße Werden diese Eiweiße abgebaut, wird das methylierte Arginin einzeln frei: ADMA. Es ähnelt Arginin so sehr, dass es in die NO-Synthase passt und sie dort blockiert. So bremst es die NO-Bildung. Quelle 4, 5↓ zehrt ADMA besetzt die Bindestelle für Arginin in der NO-Synthase und bremst so die NO-Bildung. Wie stark es bremst, hängt vom Verhältnis zu Arginin in der Zelle ab, nicht von ADMA allein. gesicherte Physiologie Quelle 4, 5
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Staut sich ADMA in der Zelle, etwa weil DDAH langsamer arbeitet, bildet die NO-Synthase weniger NO; in Zellkultur gibt sie dabei zusätzlich Superoxid ab.

zu wenig — Ist wenig ADMA da, hat Arginin die Bindestelle der NO-Synthase weitgehend für sich, und die Bremse auf die NO-Bildung fällt schwach aus.

in Studien beobachtet · Quelle 4, 5
ADMA → Dimethylamin DDAH Das Enzym DDAH spaltet ADMA in Dimethylamin und Citrullin. Wie viel ADMA in einer Zelle vorliegt, hängt deshalb vor allem von DDAH ab. Damit löst sich die Bremse auf die NO-Synthase. Quelle 4, 5↑ liefert Mit dem Abbau durch DDAH löst die Zelle die Bremse auf die NO-Synthase. Das frei werdende Citrullin kann wieder zu Arginin werden. gesicherte Physiologie Quelle 4, 5
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Arbeitet DDAH sehr rasch, bleibt wenig ADMA übrig, und die NO-Synthase wird kaum gebremst.

zu wenig — Arbeitet DDAH langsam, sammelt sich ADMA in der Zelle an und tritt auch ins Blut über; die NO-Synthase wird dann stärker gebremst.

in Studien beobachtet · Quelle 4, 5
Arginin → Stickstoffmonoxid NO-Synthase · BH4, NADPH Die NO-Synthase baut Arginin zu Citrullin um und setzt dabei NO frei. Sie braucht Sauerstoff, NADPH und den Cofaktor BH4; ohne genügend BH4 gibt sie statt NO Superoxid ab. Trifft NO auf Superoxid, entsteht Peroxynitrit. Quelle 3↕ beides, je nach Menge In kleinen Mengen ist NO ein Signalstoff, der Gefäße weitet und Blutplättchen ruhig hält. Trifft es auf Superoxid, entsteht Peroxynitrit, das Eiweiße, Fette und BH4 oxidiert. Wie viel Superoxid vorliegt, entscheidet, welcher Weg überwiegt. in Studien beobachtet Quelle 3
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Bilden Zellen sehr viel NO, etwa über die induzierbare NO-Synthase in Abwehrzellen, und liegt zugleich Superoxid vor, entsteht vermehrt Peroxynitrit, das Eiweiße verändert.

zu wenig — Entsteht wenig NO, etwa weil BH4 knapp ist, bleibt die Guanylatcyclase im Gefäßmuskel weniger aktiv, und das Gefäß weitet sich schwächer.

in Studien beobachtet · Quelle 3
Stickstoffmonoxid → cGMP Guanylatcyclase · Häm-Eisen, GTP NO tritt in die Muskelzelle der Gefäßwand über und bindet dort an das Häm-Eisen der löslichen Guanylatcyclase. Das Enzym baut daraufhin GTP zu cGMP um. So wird das kurze NO-Signal weitergegeben. Quelle 6, 3↑ liefert cGMP übersetzt das kurze NO-Signal in eine Wirkung: Bindet NO an das Häm-Eisen, arbeitet die Guanylatcyclase um ein Vielfaches schneller. Phosphodiesterasen bauen cGMP wieder ab und beenden so das Signal. gesicherte Physiologie Quelle 6
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Liegt viel cGMP vor, bleibt die Proteinkinase G länger angeschaltet; die Muskelzelle bleibt erschlafft, bis Phosphodiesterasen den Botenstoff abgebaut haben.

zu wenig — Entsteht wenig cGMP, etwa weil wenig NO ankommt oder das Häm-Eisen oxidiert ist und NO nicht mehr bindet, wird die Proteinkinase G kaum angeschaltet.

gesicherte Physiologie · Quelle 6
cGMP → Gefäßmuskel Proteinkinase G cGMP schaltet die Proteinkinase G an. Sie senkt das freie Calcium in der Muskelzelle, die Zelle erschlafft, und das Gefäß wird weiter. So passt die Gefäßwand die Durchblutung an. Quelle 6, 3↑ liefert Erschlafft der Gefäßmuskel, wird das Gefäß weiter, und das Blut fließt mit geringerem Widerstand hindurch. So passt die Gefäßwand die Durchblutung laufend an den Bedarf des Gewebes an. gesicherte Physiologie Quelle 6, 3
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Erschlaffen viele Gefäßmuskeln zugleich, weiten sich viele Gefäße auf einmal, und der Druck in den Gefäßen sinkt.

zu wenig — Erschlafft der Gefäßmuskel wenig, bleibt das Gefäß enger, und das Blut fließt gegen einen höheren Widerstand.

gesicherte Physiologie · Quelle 3, 6

Weitere Stationen

Citrullin — aus dem Darm Citrullin ist eine Aminosäure, die nicht in Eiweiße eingebaut wird. Darmzellen bilden sie aus Glutamin und geben sie ins Blut ab; die Niere fängt sie wieder ein. Aus ihr bildet die Niere Arginin nach. Quelle 1↑ liefert Citrullin ist der Vorläufer, aus dem die Niere Arginin für den ganzen Körper nachbildet. Weil die Leber es kaum aufnimmt, gelangt es aus dem Darm weitgehend unverändert zur Niere. gesicherte Physiologie Quelle 1
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Kommt viel Citrullin in der Niere an, bildet sie mehr Arginin daraus und gibt es ans Blut ab.

zu wenig — Kommt wenig Citrullin aus dem Darm, bildet die Niere weniger Arginin; der Körper ist dann stärker auf Arginin aus Nahrung und Eiweißabbau angewiesen.

gesicherte Physiologie · Quelle 1
Methyl-Arginin — in Eiweißen, durch PRMT Das Enzym PRMT hängt Methylgruppen aus SAM an Arginin-Bausteine, die in Eiweißen sitzen. Das gehört zur alltäglichen Feinsteuerung vieler Eiweiße. Daraus entsteht später ADMA. Quelle 4↕ beides, je nach Menge Die Methylierung durch PRMT steuert die Arbeit vieler Eiweiße mit. Zugleich ist sie die Quelle von ADMA: Was hier methyliert wird, bremst nach dem Abbau der Eiweiße die NO-Synthase. gesicherte Physiologie Quelle 4
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Methylieren die PRMT viel, fällt beim Abbau der Eiweiße später auch mehr ADMA an.

zu wenig — Wird wenig methyliert, fällt beim Eiweißabbau weniger ADMA an; zugleich tragen viele Eiweiße weniger von den Methylgruppen, die ihre Arbeit mitsteuern.

gesicherte Physiologie · Quelle 4

Cofaktoren dieses Weges

Arginin — Ausgangsstoff, aus dem die NO-Synthase NO und Citrullin bildet; auch die Arginase verbraucht es Quelle 3Im ORY-Katalog als Laborwert: Arginin
Tetrahydrobiopterin (BH4) — Cofaktor der NO-Synthase; ist wenig BH4 da, gibt sie Superoxid statt NO ab Quelle 3
Riboflavin (FAD, FMN) — Als FAD und FMN Elektronenleiter in der NO-Synthase vom NADPH zum Häm Quelle 3
Niacin (NADPH) — NADPH liefert der NO-Synthase die Elektronen für die Umsetzung von Arginin Quelle 3
Eisen — Häm-Eisen in der NO-Synthase und in der Guanylatcyclase, an das NO bindet; NO-Bindung schaltet die Cyclase an Quelle 3, 6Im ORY-Katalog als Laborwert: Eisen
Calcium — Aktiviert über Calmodulin die NO-Synthase, sobald Calcium in der Endothelzelle steigt Quelle 3Im ORY-Katalog als Laborwert: Calcium (intrazellulär)
Mangan — Metallzentrum der Arginase, die Arginin zu Ornithin und Harnstoff spaltet; Arginase konkurriert um Arginin Quelle 2
Methionin (SAM) — Liefert als S-Adenosylmethionin der PRMT die Methylgruppen für ADMA; ADMA bremst später die NO-Synthase Quelle 4Im ORY-Katalog als Laborwert: Methionin

Was auf diesen Weg einwirkt

Nitroglycerin — Nitroglycerin setzt im Körper Stickstoffmonoxid frei, das dieselbe Guanylatcyclase anschaltet wie körpereigenes NO. Die Fachinformation beschreibt diesen Mechanismus. Quelle 7

Quellen

Curis E, Nicolis I et al. Almost all about citrulline in mammals. Amino Acids 2005 · PubMed 16082501
Morris SM Jr. Enzymes of arginine metabolism. J Nutr 2004 · PubMed 15465778
Förstermann U, Sessa WC. Nitric oxide synthases: regulation and function. Eur Heart J 2012 · PubMed 21890489
Pope AJ, Karuppiah K et al. Role of the PRMT-DDAH-ADMA axis in the regulation of endothelial nitric oxide production. Pharmacol Res 2009 · PubMed 19682581
Teerlink T, Luo Z et al. Cellular ADMA: regulation and action. Pharmacol Res 2009 · PubMed 19682580
Derbyshire ER, Marletta MA. Structure and regulation of soluble guanylate cyclase. Annu Rev Biochem 2012 · PubMed 22404633
US-Fachinformation Nitroglycerin (DailyMed), Abschnitt Clinical Pharmacology, Mechanism of Action · Fachinformation

Ganzer Weg: Arginin und Stickstoffmonoxid