Spermidin: der Weg im Körper · Biomarker & Blutanalyse

Diese Seite zeigt den biochemischen Weg hinter dem Laborwert Spermidin: 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

Spermidin gehört zu den Polyaminen, kleinen Molekülen mit mehreren positiven Ladungen. Zellen bilden es aus Ornithin; es lagert sich an RNA und DNA an und liefert den Baustein, aus dem am Faktor eIF5A die Aminosäure Hypusin entsteht. Antizym und SSAT halten seine Menge im Lot.

12 Stationen · 8 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.

Ornithin → Putrescin ODC · Vitamin B6 (PLP) Die Ornithin-Decarboxylase nimmt Ornithin die Carboxyl-Gruppe ab. Das Enzym wird sehr schnell gebildet und wieder abgebaut; darüber regelt die Zelle die Menge der Polyamine. Häufen sich Polyamine, bremst das Eiweiß Antizym das Enzym. Quelle 1↑ liefert Putrescin ist das erste Polyamin und die Vorstufe von Spermidin. Sind genug Polyamine da, bildet die Zelle das Eiweiß Antizym; es führt die Ornithin-Decarboxylase dem Abbau zu. gesicherte Physiologie Quelle 1
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Häufen sich Polyamine, bildet die Zelle mehr Antizym; es bremst die Ornithin-Decarboxylase und zugleich die Aufnahme von Polyaminen aus der Umgebung.

zu wenig — Ist wenig Putrescin da, hat die Spermidin-Synthase weniger Ausgangsstoff, und es entsteht weniger Spermidin.

gesicherte Physiologie · Quelle 1
Putrescin → Spermidin Spermidin-Synthase · dcSAM Die Spermidin-Synthase hängt an Putrescin eine Aminopropyl-Gruppe aus dcSAM. Spermidin kommt zusätzlich aus der Nahrung, etwa aus Weizenkeimen, Sojabohnen und gereiftem Käse, und von Darmbakterien. Es ist der Baustein für Hypusin. Quelle 1, 5↑ liefert Spermidin ist Vorstufe von Spermin und zugleich der einzige Spender für den Umbau von eIF5A: Aus einem Teil des Spermidins entsteht dort Hypusin. gesicherte Physiologie Quelle 1, 3
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Staut sich Spermidin, markiert die SSAT den Überschuss mit Acetyl-Gruppen; danach wird er zurückgebaut oder ausgeschieden.

zu wenig — Ist wenig Spermidin da, entsteht weniger eIF5A mit Hypusin, und Eiweiße mit schwierigen Abschnitten werden langsamer gebildet.

gesicherte Physiologie · Quelle 1, 3
Spermidin → Spermin Spermin-Synthase · dcSAM Eine zweite Aminopropyl-Gruppe macht aus Spermidin das Spermin. Beide Polyamine tragen mehrere positive Ladungen und binden deshalb an negativ geladene Moleküle. Über den Rückbau wird daraus wieder Spermidin. Quelle 1↑ liefert Spermin bindet wegen seiner vier Ladungen noch fester an Nukleinsäuren als Spermidin. Es dient zugleich als Vorrat: Über den Rückbau gewinnt die Zelle daraus wieder Spermidin. gesicherte Physiologie Quelle 1
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Staut sich Spermin, baut die Zelle es über SSAT und Oxidasen zurück; bei der Oxidation entstehen Wasserstoffperoxid und reaktive Aldehyde.

zu wenig — Ist wenig Spermin da, bleibt der Rückweg zu Spermidin klein, und die Zelle hängt stärker von Neubildung und Aufnahme ab.

gesicherte Physiologie · Quelle 1
Spermin → Rückbau der Polyamine SSAT, PAO · Acetyl-CoA Das Enzym SSAT hängt eine Acetyl-Gruppe an, die Polyamin-Oxidase macht daraus wieder Spermidin oder Putrescin. Acetylierte Formen verlassen den Körper über den Urin. Dabei entsteht Wasserstoffperoxid. Quelle 1↓ zehrt Der Rückbau entzieht dem Vorrat Spermin und Spermidin: Die SSAT markiert sie, die Polyamin-Oxidase spaltet sie. Dabei entstehen Wasserstoffperoxid und ein Aldehyd. gesicherte Physiologie Quelle 1
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Arbeitet die SSAT stark, sinkt der Vorrat an Spermidin und Spermin, und bei der Oxidation entstehen mehr Wasserstoffperoxid und Aldehyde.

zu wenig — Arbeitet sie wenig, bleiben Polyamine länger in der Zelle, und Überschüsse werden langsamer abgegeben.

gesicherte Physiologie · Quelle 1
SAM → dcSAM AdoMetDC Die Decarboxylase AdoMetDC nimmt SAM die Carboxyl-Gruppe. Das entstandene dcSAM liefert die Aminopropyl-Gruppen für Spermidin und Spermin. Spermidin bremst seine Bildung. Quelle 1↑ liefert dcSAM dient fast nur dem Polyamin-Weg. Die Zelle hält es knapp: Putrescin regt die AdoMetDC an, Spermidin und Spermin bremsen ihre Bildung. gesicherte Physiologie Quelle 1
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Ist viel dcSAM da, setzen die Synthasen mehr Putrescin zu Spermidin und Spermidin zu Spermin um, soweit Ausgangsstoff vorhanden ist.

zu wenig — Ist wenig dcSAM da, bleibt Putrescin liegen, und es entsteht weniger Spermidin und Spermin.

gesicherte Physiologie · Quelle 1
Spermidin in der Zelle → eIF5A mit Hypusin DHS, DOHH · Sauerstoff Zwei Enzyme übertragen einen Teil des Spermidins auf den Faktor eIF5A. So entsteht Hypusin, eine Aminosäure, die es nur in diesem einen Eiweiß gibt. Nur mit Hypusin ist eIF5A aktiv. Quelle 3↑ liefert Nur mit Hypusin ist eIF5A aktiv. Der Umbau verbraucht einen Teil eines Spermidins und NAD⁺; der zweite Schritt braucht Eisen und Sauerstoff. gesicherte Physiologie Quelle 3
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Ist eIF5A vollständig umgebaut, bringt mehr Spermidin keinen weiteren Umbau; die Menge des Faktors setzt die Grenze.

zu wenig — Ist wenig Spermidin da, bleibt mehr eIF5A unfertig, und dem Ribosom steht weniger aktiver Faktor zur Verfügung.

gesicherte Physiologie · Quelle 3
eIF5A mit Hypusin → Eiweißbildung · Ribosom Mit Hypusin hilft eIF5A dem Ribosom über schwierige Stellen, etwa Ketten aus mehreren Prolinen. Ohne diesen Umbau stockt die Eiweißbildung an genau solchen Stellen. Ist wenig Spermidin da, bleibt mehr eIF5A unfertig. Quelle 3↑ liefert Mit Hypusin hilft eIF5A dem Ribosom, Peptidbindungen an schwierigen Stellen zu knüpfen, und wirkt auch beim Abschluss der Eiweißkette mit. gesicherte Physiologie Quelle 3
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Mehr aktives eIF5A beschleunigt die Eiweißbildung nicht unbegrenzt; es wirkt nur an den Stellen, an denen das Ribosom stockt.

zu wenig — Ist wenig aktives eIF5A da, hält das Ribosom an Prolin-Ketten länger an, und Eiweiße mit solchen Abschnitten entstehen langsamer.

gesicherte Physiologie · Quelle 3
Spermidin in der Zelle → Bindung an RNA und DNA Polyamine lagern sich an Nukleinsäuren an und stabilisieren deren Faltung. Sie beeinflussen damit, wie RNA gelesen und wie DNA verpackt wird. Dafür schirmen sie negative Ladungen ab. Quelle 1, 2↑ liefert Polyamine schirmen negative Ladungen an Nukleinsäuren ab. Dadurch bleiben RNA-Faltungen stabil, und DNA lässt sich dichter verpacken. gesicherte Physiologie Quelle 1, 2
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Lagern sich viele Polyamine an, wird die DNA in Versuchen dichter gepackt, und es ändert sich, welche RNA-Abschnitte abgelesen werden.

zu wenig — Sind wenige Polyamine gebunden, sind RNA-Faltungen weniger stabil, und die DNA ist lockerer verpackt.

in Studien beobachtet · Quelle 1, 2
Spermidin in der Zelle → Autophagie EP300 gehemmt In Zell- und Tiermodellen hemmt Spermidin die Acetyltransferase EP300. Eiweiße der Autophagie bleiben dadurch unacetyliert, und die Zelle beginnt, eigene Bestandteile abzubauen und wiederzuverwerten. Ist wenig Spermidin da, läuft das im Modell langsamer. Quelle 4, 2↑ liefert In Zell- und Tiermodellen hemmt Spermidin die Acetyltransferase EP300; Autophagie-Eiweiße bleiben unacetyliert, und die Zelle baut mehr eigene Bestandteile ab. Auch eIF5A mit Hypusin ist daran beteiligt. in Studien beobachtet Quelle 4, 2
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Steigt Spermidin im Tiermodell an, wird EP300 stärker gehemmt, und mehr Zellmaterial wird abgebaut und wiederverwertet; die Wirkung hängt von der Menge ab.

zu wenig — Ist wenig Spermidin da, bleibt EP300 aktiver, Autophagie-Eiweiße werden acetyliert, und der Abbau eigener Bestandteile läuft in Zellmodellen langsamer.

in Studien beobachtet · Quelle 4, 2

Weitere Stationen

Ornithin — aus Arginin Spermidin gehört zu den Polyaminen. Am Anfang steht Ornithin, das im Harnstoffzyklus aus Arginin hervorgeht. Wie viel davon weitergeht, regelt das nächste Enzym. Quelle 1↑ liefert Ornithin ist der Ausgangsstoff aller Polyamine. Wie viel davon zu Putrescin wird, bestimmt vor allem die Menge der Ornithin-Decarboxylase, nicht die Menge an Ornithin. gesicherte Physiologie Quelle 1
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Ist reichlich Ornithin da, entsteht nicht beliebig mehr Putrescin: Die rasch umgesetzte Ornithin-Decarboxylase begrenzt den Durchfluss.

zu wenig — Ist wenig Ornithin da, hat die Ornithin-Decarboxylase weniger Ausgangsstoff, und die Zelle greift stärker auf Polyamine zurück, die sie von außen aufnimmt.

gesicherte Physiologie · Quelle 1
SAM — S-Adenosylmethionin SAM ist der zentrale Methylgruppen-Spender der Zelle. Ein kleiner Teil davon geht in den Polyamin-Weg. Methylierung und Polyamin-Weg teilen sich denselben Vorrat. Quelle 1↑ liefert SAM liefert nach der Decarboxylierung die Aminopropyl-Gruppen. Der Rest des Moleküls, Methylthioadenosin, wird über einen eigenen Weg zu Methionin zurückgewonnen. gesicherte Physiologie Quelle 1
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Ist viel SAM da, steigt die Polyaminbildung nicht beliebig; die AdoMetDC ist der begrenzende Schritt.

zu wenig — Ist wenig SAM da, teilen sich Methylierung und Polyamin-Weg einen kleineren Vorrat, und es entsteht weniger dcSAM.

gesicherte Physiologie · Quelle 1
Spermidin in der Zelle — frei und gebunden In der Zelle liegt Spermidin teils frei, teils an RNA, DNA und Membranen gebunden vor. Wegen seiner positiven Ladungen lagert es sich an negativ geladene Moleküle an. Nur der freie Teil steht für den Umbau bereit. Quelle 2, 1↑ liefert Spermidin wirkt über seine Ladungen: Es deckt negativ geladene Stellen an RNA, DNA und Membranen ab. Der größte Teil ist gebunden; nur der freie Teil steht für Umbau und Signale bereit. gesicherte Physiologie Quelle 1, 2
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Steigen freie Polyamine stark an, wirken sie auf die Zelle giftig; Antizym und SSAT drosseln dann Bildung und Aufnahme und beschleunigen den Rückbau.

zu wenig — Ist wenig Spermidin in der Zelle, bildet sie mehr Ornithin-Decarboxylase und nimmt verstärkt Polyamine von außen auf.

gesicherte Physiologie · Quelle 1

Cofaktoren dieses Weges

Ornithin — Ausgangsstoff, aus dem die Ornithin-Decarboxylase Putrescin macht; die Enzymmenge begrenzt den Umsatz Quelle 1Im ORY-Katalog als Laborwert: Ornithin
Arginin — Aminosäure, aus der im Harnstoffzyklus das Ornithin hervorgeht; Grundstoff aller Polyamine Quelle 1Im ORY-Katalog als Laborwert: Arginin
Vitamin B6 — Cofaktor (PLP) der Ornithin-Decarboxylase; ohne PLP entsteht kein Putrescin Quelle 1Im ORY-Katalog als Laborwert: Vitamin B6
SAM (aus Methionin) — Wird zu dcSAM umgebaut und liefert damit die Aminopropyl-Gruppe für Spermidin und Spermin; auch für Methylierung Quelle 1Im ORY-Katalog als Laborwert: Methionin
NAD⁺ — Cofaktor der Deoxyhypusin-Synthase, die den Spermidin-Teil auf eIF5A überträgt; nötig für aktives eIF5A Quelle 7, 3Im ORY-Katalog als Laborwert: NAD⁺ (Nicotinamidadenindinukleotid)
Eisen — Zwei Eisenatome im aktiven Zentrum der Deoxyhypusin-Hydroxylase, die den Umbau zu Hypusin abschließt Quelle 8, 3Im ORY-Katalog als Laborwert: Eisen
Acetyl-CoA — Spender der Acetylgruppe für die SSAT beim Rückbau der Polyamine; markiert Überschüsse zur Ausscheidung Quelle 1

Was auf diesen Weg einwirkt

Eflornithin — Eflornithin bindet sich fest an die Ornithin-Decarboxylase und schaltet sie dauerhaft ab. Beschrieben ist das für die örtliche Anwendung auf der Haut. Quelle 6

Quellen

Pegg AE. Mammalian polyamine metabolism and function. IUBMB Life 2009 · PubMed 19603518
Madeo F, Eisenberg T, Pietrocola F et al. Spermidine in health and disease. Science 2018 · PubMed 29371440
Park MH, Wolff EC. Hypusine, a polyamine-derived amino acid critical for eukaryotic translation. J Biol Chem 2018 · PubMed 30257869
Hofer SJ, Simon AK, Bergmann M et al. Mechanisms of spermidine-induced autophagy and geroprotection. Nat Aging 2022 · PubMed 37118547
Zou D, Zhao Z, Li L et al. A comprehensive review of spermidine: Safety, health effects, absorption and metabolism, food materials evaluation, physical and chemical processing, and bioprocessing. Compr Rev Food Sci Food Saf 2022 · PubMed 35478379
Balfour JA, McClellan K. Topical eflornithine. Am J Clin Dermatol 2001 · PubMed 11705097
Chen M, Gai Z, Okada C et al. Flexible NAD(+) Binding in Deoxyhypusine Synthase Reflects the Dynamic Hypusine Modification of Translation Factor IF5A. Int J Mol Sci 2020 · PubMed 32752130
Frey AG, Nandal A, Park JH et al. Iron chaperones PCBP1 and PCBP2 mediate the metallation of the dinuclear iron enzyme deoxyhypusine hydroxylase. Proc Natl Acad Sci U S A 2014 · PubMed 24843120