Suberinat (Suberinsäure, Korksäure): der Weg im Körper

Suberinat (Suberinsäure, Korksäure) ist Teil des Weges „Carnitin“. Diese Seite zeigt den ganzen Weg; die Station von Suberinat (Suberinsäure, Korksäure) ist hervorgehoben.

Hier steht dieser Laborwert: Dicarbonsäuren — z. B. Suberinsäure, im Urin. Ein kleiner Teil der Fettsäuren wird im endoplasmatischen Retikulum vom anderen Ende her oxidiert (ω-Oxidation). Peroxisomen kürzen die entstehenden Dicarbonsäuren zu Adipin-, Suberin- und Sebacinsäure, die in den Urin gehen. Quelle 5, 6

Kurz erklärt

Carnitin ist ein kleines, stickstoffhaltiges Molekül, das der Körper aus Lysin und Methionin bildet und zusätzlich mit der Nahrung aufnimmt. Es bringt langkettige Fettsäuren in die Mitochondrien, wo sie abgebaut werden. Ist wenig Carnitin da, gelangen weniger Fettsäuren dorthin.

13 Stationen · 6 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.

Lysin im Eiweiß → Trimethyllysin Methyltransferasen · SAM Methyltransferasen übertragen drei Methylgruppen von SAM auf das Lysin im Eiweiß. Wird das Eiweiß später abgebaut, kommt Trimethyllysin frei. Seine Methylgruppen bilden später den Stickstoffkopf des Carnitins. Quelle 1↑ liefert Trimethyllysin ist der eigentliche Startstoff der Carnitin-Bildung. Die drei Methylgruppen von SAM werden später zur Trimethylammonium-Gruppe, dem Stickstoffkopf des Carnitins. gesicherte Physiologie Quelle 1
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Wird viel Trimethyllysin frei, nimmt nur ein Teil den Weg zum Carnitin; der Rest geht über die Niere hinaus.

zu wenig — Wird wenig Trimethyllysin frei, etwa weil wenig methyliertes Eiweiß abgebaut wird, hat TMLH kaum Substrat, und der Körper bildet weniger Carnitin.

gesicherte Physiologie · Quelle 1
Trimethyllysin → Hydroxy-Trimethyllysin TMLH · Eisen, Ascorbat Das Enzym TMLH hängt eine OH-Gruppe an. Es trägt Eisen, verbraucht α-Ketoglutarat und wird von Ascorbat (Vitamin C) in der reaktionsfähigen Form gehalten. Ist wenig Ascorbat da, arbeitet TMLH langsamer. Quelle 1, 2↑ liefert Die Hydroxylierung durch TMLH ist der erste Schritt, der nur der Carnitin-Bildung dient. Ascorbat hält dabei das Eisen im Enzym reaktionsfähig, und α-Ketoglutarat wird zu Succinat verbraucht. gesicherte Physiologie Quelle 1, 2
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Liegt viel Hydroxy-Trimethyllysin vor, verarbeitet die Aldolase es weiter; ihr Tempo und das verfügbare Pyridoxalphosphat setzen dabei die Grenze.

zu wenig — Ist wenig Ascorbat da, bleibt mehr Eisen in TMLH in der unreaktiven Form, und weniger Trimethyllysin wird umgesetzt; im Tiermodell sinkt dann die Carnitin-Bildung.

in Studien beobachtet · Quelle 2, 1
Hydroxy-Trimethyllysin → Trimethylaminobutanal HTML-Aldolase · Vitamin B6 (PLP) Eine Aldolase spaltet das Molekül in zwei Teile: einen Aldehyd und die Aminosäure Glycin. Das Enzym braucht Pyridoxalphosphat, die aktive Form von Vitamin B6. Ist wenig davon da, arbeitet sie langsamer. Quelle 1↑ liefert Die Aldolase spaltet Glycin ab und hinterlässt einen Aldehyd, das Gerüst des späteren Carnitins. Welches Enzym diesen Schritt beim Menschen ausführt, ist noch nicht sicher geklärt. in Studien beobachtet Quelle 1
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Fällt viel Aldehyd an, setzt die Dehydrogenase ihn mit NAD⁺ rasch zu γ-Butyrobetain um, sodass er sich kaum anreichert.

zu wenig — Ist wenig Pyridoxalphosphat da, arbeitet die Aldolase langsamer, und weniger Aldehyd steht für die folgenden Schritte bereit.

gesicherte Physiologie · Quelle 1
Trimethylaminobutanal → γ-Butyrobetain TMABA-Dehydrogenase · NAD⁺ Eine Dehydrogenase macht aus dem Aldehyd eine Säure; NAD⁺ nimmt dabei die Elektronen auf. γ-Butyrobetain gelangt über das Blut vor allem zu Leber und Niere, die den letzten Schritt machen. Quelle 1↑ liefert γ-Butyrobetain ist die direkte Vorstufe des Carnitins. Viele Gewebe bilden es, doch nur Leber, Niere und beim Menschen auch das Gehirn besitzen BBOX für den letzten Schritt; dorthin gelangt es über das Blut. gesicherte Physiologie Quelle 1
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Liegt viel γ-Butyrobetain vor, setzt BBOX es um, solange Eisen, α-Ketoglutarat und Ascorbat bereitstehen; diese Stoffe setzen dann die Grenze.

zu wenig — Ist wenig γ-Butyrobetain da, bildet BBOX kaum Carnitin, und der Körper ist stärker auf Carnitin aus der Nahrung angewiesen.

gesicherte Physiologie · Quelle 1
γ-Butyrobetain → Carnitin BBOX · Eisen, Ascorbat Das Enzym BBOX setzt die letzte OH-Gruppe. Auch dieses Enzym trägt Eisen, verbraucht α-Ketoglutarat und arbeitet mit Ascorbat. Ein weiterer Teil des Carnitins stammt aus der Nahrung. Es bringt langkettige Fettsäuren in die Mitochondrien. Quelle 1, 2↑ liefert Carnitin ist der Träger, mit dem langkettige Fettsäuren in die Mitochondrien gelangen. Es bindet außerdem überschüssige Acylgruppen als Acylcarnitine, die die Zelle verlassen und über die Niere ausgeschieden werden. gesicherte Physiologie Quelle 1, 3
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Kommt mehr Carnitin an, als die Niere zurückholt, gibt sie den Überschuss mit dem Urin ab; so bleibt der Spiegel im Blut weitgehend gleich.

zu wenig — Ist wenig Carnitin da, gelangen weniger langkettige Fettsäuren in die Mitochondrien; die Zellen weichen stärker auf Glukose aus, und Fett bleibt im Zellplasma liegen.

gesicherte Physiologie · Quelle 3
Acyl-CoA → Acylcarnitin CPT1 Das Enzym CPT1 an der äußeren Hülle des Mitochondriums tauscht Coenzym A gegen Carnitin. So entsteht Acylcarnitin, das den Durchgang passieren kann. CPT1 bestimmt das Tempo des Fettabbaus; Malonyl-CoA bremst es. Quelle 3, 4↑ liefert CPT1 ist der geschwindigkeitsbestimmende Schritt des Fettabbaus. Erst als Acylcarnitin gelangt die Fettsäure an die innere Hülle; Malonyl-CoA bremst CPT1, wenn Zucker reichlich vorhanden ist. gesicherte Physiologie Quelle 4, 3
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Staut sich Acylcarnitin, gibt die Zelle es ins Blut ab; die Niere scheidet es aus, und mit ihm geht Carnitin verloren.

zu wenig — Bildet CPT1 wenig Acylcarnitin, etwa weil Malonyl-CoA es bremst, bleiben die Fettsäuren im Zellplasma und werden zu Fetten aufgebaut statt abgebaut.

gesicherte Physiologie · Quelle 3, 4
Acylcarnitin → Acylcarnitin innen CACT Die Translokase CACT befördert Acylcarnitin durch die innere Hülle und bringt im Gegenzug freies Carnitin nach außen. So bleibt Carnitin im Umlauf. Quelle 3↑ liefert CACT tauscht eins zu eins: Für jedes Acylcarnitin, das hineingeht, kommt ein freies Carnitin heraus. So bleibt der Carnitin-Vorrat auf beiden Seiten der Membran im Umlauf. gesicherte Physiologie Quelle 3
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Kommt mehr Acylcarnitin an, als CACT befördern kann, staut es sich außen, und die Zelle gibt es ins Blut ab.

zu wenig — Arbeitet CACT langsam, gelangt weniger Fettsäure in die Matrix, und Carnitin bleibt außen als Acylcarnitin gebunden.

gesicherte Physiologie · Quelle 3
Acylcarnitin innen → Acyl-CoA in der Matrix CPT2 · Coenzym A Das Enzym CPT2 tauscht Carnitin gegen Coenzym A zurück. Das freie Carnitin steht für die nächste Fettsäure wieder zur Verfügung. Staut sich Acyl-CoA, entstehen hier rückwärts Acylcarnitine. Quelle 3, 4↑ liefert CPT2 gibt der Fettsäure in der Matrix ihr Coenzym A zurück und macht sie so für die β-Oxidation zugänglich. Zugleich wird Carnitin frei und geht über CACT zurück nach außen. gesicherte Physiologie Quelle 3, 4
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Staut sich Acyl-CoA in der Matrix, weil die β-Oxidation nicht nachkommt, bildet CPT2 rückwärts Acylcarnitine; sie verlassen das Mitochondrium und die Zelle.

zu wenig — Arbeitet CPT2 wenig, bleiben Acylcarnitine in der Matrix liegen und gelangen ins Blut; die β-Oxidation erhält weniger Substrat.

gesicherte Physiologie · Quelle 4, 3
Acyl-CoA in der Matrix → β-Oxidation In der Matrix wird die Fettsäure Runde für Runde um je zwei Kohlenstoffe gekürzt. Dabei entstehen Acetyl-CoA sowie NADH und FADH₂, die in die Atmungskette eingehen. In der Leber wird ein Teil des Acetyl-CoA zu Ketonkörpern. Quelle 4↑ liefert Die β-Oxidation liefert Acetyl-CoA sowie NADH und FADH₂, aus denen die Atmungskette ATP bildet. In der Leber geht Acetyl-CoA beim Fasten zum Teil in Ketonkörper, die andere Organe als Brennstoff nutzen. gesicherte Physiologie Quelle 4
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Liefert die β-Oxidation mehr Acetyl-CoA, als der Citratzyklus aufnimmt, bildet die Leber daraus Ketonkörper; Zwischenstufen werden als Acylcarnitine abgegeben.

zu wenig — Läuft die β-Oxidation langsam, beziehen Herz und Muskel ihre Energie stärker aus Glukose, und in der Leber entstehen kaum Ketonkörper.

gesicherte Physiologie · Quelle 4
Acyl-CoA → Dicarbonsäuren ω-Oxidation, CYP4A · NADPH Ein kleiner Teil der Fettsäuren wird im endoplasmatischen Retikulum vom anderen Ende her oxidiert (ω-Oxidation). Peroxisomen kürzen die entstehenden Dicarbonsäuren zu Adipin-, Suberin- und Sebacinsäure, die in den Urin gehen. Quelle 5, 6↓ zehrt Die ω-Oxidation ist ein Ausweichweg: Sie baut Fettsäuren ab, die nicht in die β-Oxidation der Mitochondrien gelangen, und macht sie wasserlöslich und ausscheidbar. gesicherte Physiologie Quelle 5, 6
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Kommen mehr Fettsäuren an, als die Mitochondrien abbauen, etwa beim Fasten oder wenn CPT1 oder die β-Oxidation gebremst sind, läuft mehr über die ω-Oxidation, und mehr Suberinsäure erscheint im Urin.

zu wenig — Bauen die Mitochondrien die Fettsäuren zügig ab, bleibt für die ω-Oxidation wenig übrig, und nur kleine Mengen Dicarbonsäuren gehen in den Urin.

gesicherte Physiologie · Quelle 5

Weitere Stationen

Lysin im Eiweiß — Aminosäure in Proteinen Carnitin entsteht im Körper aus der Aminosäure Lysin. Zu Beginn ist sie noch Teil eines Eiweißmoleküls. Sie liefert das Grundgerüst des Carnitins. Quelle 1↑ liefert Lysin liefert das Kohlenstoffgerüst und den Stickstoff des Carnitins. Nur Lysin, das in Eiweiße eingebaut ist und dort methyliert wird, gelangt in diesen Weg; freies Lysin wird nicht direkt verwendet. gesicherte Physiologie Quelle 1
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Mehr Lysin im Eiweiß bringt nicht beliebig mehr Carnitin: Wie viel entsteht, hängt davon ab, wie viel Lysin methyliert und wie viel methyliertes Eiweiß abgebaut wird.

zu wenig — Ist wenig Lysin verfügbar, wird es für den Aufbau von Eiweißen gebraucht, und es entsteht weniger Trimethyllysin als Ausgangsstoff.

gesicherte Physiologie · Quelle 1
Carnitin in der Zelle — über OCTN2 aufgenommen Der Transporter OCTN2 bringt Carnitin zusammen mit Natrium in die Zellen von Muskel, Herz und Leber. In der Niere holt OCTN2 Carnitin aus dem Harn zurück. Quelle 3↑ liefert OCTN2 reichert Carnitin in Muskel und Herz weit über den Blutspiegel an. In der Niere holt derselbe Transporter Carnitin aus dem Primärharn zurück, sodass kaum etwas verloren geht. gesicherte Physiologie Quelle 3
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Ist OCTN2 ausgelastet, steigt der Carnitingehalt der Zellen nicht weiter; die Niere gibt dann mehr Carnitin mit dem Urin ab.

zu wenig — Arbeitet OCTN2 wenig, sinkt Carnitin in Muskel und Herz, und die Niere verliert mehr davon über den Urin; Fettsäuren gelangen dann langsamer in die Mitochondrien.

gesicherte Physiologie · Quelle 3
Acyl-CoA — aktivierte Fettsäure Bevor eine Fettsäure abgebaut wird, hängt die Zelle Coenzym A an; das kostet ATP. In dieser Form kann sie die innere Hülle des Mitochondriums aber nicht durchqueren. Sie geht dann in den Abbau oder in den Fettaufbau. Quelle 3, 4↕ beides, je nach Menge Acyl-CoA ist die aktivierte Fettsäure: Im Zellplasma geht sie entweder über CPT1 in den Abbau oder in den Aufbau von Fetten. Malonyl-CoA, das bei reichlich Zucker entsteht, bremst CPT1 und lenkt sie in die Speicherung. gesicherte Physiologie Quelle 4, 3
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Staut sich Acyl-CoA im Zellplasma, wird es vermehrt zu Fetten aufgebaut und gespeichert; zugleich bindet es Coenzym A, das andere Schritte dann nicht nutzen können.

zu wenig — Ist wenig Acyl-CoA da, hat CPT1 kaum Substrat, und die Mitochondrien beziehen ihr Acetyl-CoA vor allem aus Glukose.

gesicherte Physiologie · Quelle 4

Cofaktoren dieses Weges

Vitamin C — Hält als Ascorbat das Eisen in TMLH und BBOX in der reaktionsfähigen Form; ist wenig da, sinkt die Bildung Quelle 1, 2Im ORY-Katalog als Laborwert: Vitamin C (Ascorbinsäure)
Eisen — Metallzentrum der beiden Hydroxylasen TMLH und BBOX, die Carnitin aus Trimethyllysin bilden Quelle 1Im ORY-Katalog als Laborwert: Eisen
Vitamin B6 — Als Pyridoxalphosphat Cofaktor der Aldolase, die Hydroxy-Trimethyllysin spaltet; ohne PLP stockt dieser Schritt Quelle 1Im ORY-Katalog als Laborwert: Vitamin B6
Niacin (NAD⁺) — NAD⁺ nimmt bei der Oxidation des Aldehyds zu γ-Butyrobetain die Elektronen auf; ohne NAD⁺ stockt der Schritt Quelle 1Im ORY-Katalog als Laborwert: NAD⁺ (Nicotinamidadenindinukleotid)
α-Ketoglutarat — Wird von TMLH und BBOX bei jeder Hydroxylierung verbraucht; dabei entsteht Succinat Quelle 1Im ORY-Katalog als Laborwert: Alpha-Ketoglutarat (2-Oxoglutarat)
Methionin (SAM) — Liefert als S-Adenosylmethionin die drei Methylgruppen für Trimethyllysin; diese bilden den Stickstoffkopf Quelle 1Im ORY-Katalog als Laborwert: Methionin
Lysin — Grundgerüst des Carnitins, eingebaut in Eiweiße und dort methyliert; erst beim Eiweißabbau wird es frei Quelle 1Im ORY-Katalog als Laborwert: Lysin
Pantothensäure (Coenzym A) — Baustein von Coenzym A, gegen das CPT1 und CPT2 Carnitin austauschen; so wird Carnitin wieder frei Quelle 3, 4

Quellen

Strijbis K, Vaz FM, Distel B. Enzymology of the carnitine biosynthesis pathway. IUBMB Life 2010 · PubMed 20306513
Rebouche CJ. Ascorbic acid and carnitine biosynthesis. Am J Clin Nutr 1991 · PubMed 1962562
Longo N, Frigeni M, Pasquali M. Carnitine transport and fatty acid oxidation. Biochim Biophys Acta 2016 · PubMed 26828774
Houten SM, Wanders RJ. A general introduction to the biochemistry of mitochondrial fatty acid β-oxidation. J Inherit Metab Dis 2010 · PubMed 20195903
Wanders RJ, Komen J, Kemp S. Fatty acid omega-oxidation as a rescue pathway for fatty acid oxidation disorders in humans. FEBS J 2011 · PubMed 21156023
Miura Y. The biological significance of ω-oxidation of fatty acids. Proc Jpn Acad Ser B Phys Biol Sci 2013 · PubMed 24126285

Ganzer Weg: Carnitin