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γ-Aminobuttersäure

Strukturformel
Strukturformel der Gamma-Aminobuttersäure
Allgemeines
Name γ-Aminobuttersäure
Andere Namen
  • 4-Aminobuttersäure
  • 4-Aminobutansäure
  • Piperidinsäure
  • γ-Aminobutansäure
  • γ-Aminobutyrat
  • GABA
Summenformel C4H9NO2
Kurzbeschreibung

farbloser Feststoff[1]

Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 56-12-2
PubChem 119
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Eigenschaften
Molare Masse 103,12 g·mol−1
Aggregatzustand

fest

Schmelzpunkt

203 °C (Zersetzung) [2]

pKS-Wert

4,05 [2]

Löslichkeit

gut in Wasser (1300 g·l−1 bei 25 °C)[2]

Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung [1]
Gefahrensymbol

Achtung

H- und P-Sätze H: 315​‐​319​‐​335
P: 261​‐​305+351+338 [1]
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Die γ-Aminobuttersäure (GABA, aus dem englischen gamma-Aminobutyric acid) ist das biogene Amin der Glutaminsäure, ein Amin der Buttersäure und der wichtigste inhibitorische (hemmende) Neurotransmitter im Zentralnervensystem. Chemisch strukturell ist sie eine nichtproteinogene Aminosäure. Von den proteinogenen (d. h. in Proteinen vorkommenden) α-Aminosäuren unterscheidet sie sich in der Stellung der Aminogruppe relativ zur Carboxygruppe: GABA ist eine γ-Aminosäure, da sich die Aminogruppe am dritten Kohlenstoffatom nach dem Carboxyl-Kohlenstoffatom befindet. Bei den in Proteinen vorkommenden α-Aminosäuren befindet sich die Aminogruppe dagegen an dem zum Carboxy-Kohlenstoffatom benachbarten Kohlenstoff.

Rezeptoren

GABA bindet an spezifische Rezeptoren. Es gibt ionotrope und metabotrope GABA-Rezeptoren:

  • der GABAA-Rezeptor ist ein ligandengesteuerter Chloridionenkanal (ionotrop), der sich öffnet und ein inhibitorisches Signal auslöst, sobald GABA an ihn bindet.
  • der GABAA-ρ-Rezeptor, einst als GABAC-Rezeptor bezeichnet, ist ein ionotroper Rezeptor. Er unterscheidet sich vom GABAA-Rezeptor dadurch, dass er aus ρ-Untereinheiten zusammengesetzt ist und viele pharmakologische Substanzen wie Benzodiazepine und Barbiturate an diesem Rezeptor unwirksam sind.
  • der GABAB-Rezeptor gehört zu den G-Protein-gekoppelten Rezeptoren (metabotrop). Er vermittelt eine erhöhte Öffnungswahrscheinlichkeit von Kaliumkanälen. Dies führt zur Hyperpolarisation der Zellmembran. Weiterhin wird die Offenwahrscheinlichkeit für Calciumkanäle vermindert. Dieser Effekt macht sich hauptsächlich präsynaptisch bemerkbar, hier wird die Transmitter-Ausschüttung gehemmt.

Biosynthese und Metabolismus

GABA entsteht mittels der Glutamat-Decarboxylase (GAD) aus Glutamat. In einem Schritt wird also aus dem wichtigsten exzitatorischen der wichtigste inhibitorische Neurotransmitter.

Glutamat $ \longrightarrow $ CO2 + GABA

GABA wird zum Teil in benachbarte Gliazellen transportiert. Dort wird es durch die GABA-Transaminase zu Succinat-Semialdehyd umgewandelt und kann so in den Citratzyklus eingeschleust und abgebaut werden.

GABA-Rezeptoren kommen häufig an der präsynaptischen Zelle vor, was zu einer präsynaptischen Hemmung führt. Der Neurotransmitter GABA kann nach seiner Verwendung entweder wieder in die präsynaptische Zelle aufgenommen und in Vesikeln gespeichert, durch die GABA-Transaminase metabolisiert oder im Glutaminzyklus in Gliazellen weiterverarbeitet werden.

GABA-Rezeptoren spielen auch bei der Hirnentwicklung eine wichtige Rolle. Interessanterweise wirkt GABA beim Fötus exzitatorisch und ist essentiell für die Etablierung neuronaler Verbindungen.

Rolle von GABA in der Bauchspeicheldrüse

GABA ist als inhibitorischer Neurotransmitter bekannt. In verschiedenen endokrinen Zellen hemmt GABA die Hormonsekretion, indem es die Zellmembran hyperpolarisiert. Bedeutendste Wirkung in der Bauchspeicheldrüse ist die Hemmung der Glucagonsekretion der Alphazellen der Langerhans-Inseln.

Synthese und Sekretion

In der insulinbildenden Betazelle der Langerhans-Inseln der Bauchspeicheldrüse entsteht GABA aus Glutamat durch das Enzym GAD65 (Glutamat-Decarboxylase) und die Isoform GAD67. Die Betazelle sezerniert GABA über drei Systeme: über SLMV (synaptic-like-microvesicles, die synaptischen Vesikeln ähneln), über einen geringen Teil der LDCV (large dense core vesicles, die den Insulin-Zink-Komplex enthalten), und wahrscheinlich zusätzlich über (unspezifische?) Transportsysteme der Plasmamembran für organische Säuren und Aminosäuren.

Die jeweiligen Vesikel verfügen über einen GABA-Transporter (VIAAT/VGAT) und eine vakuoläre H+-ATPase, die durch Protonentransport in die Granule hinein (Ansäuerung) einen elektrochemischen Gradienten aufbaut und damit den Antrieb für die Beladung der Granule bildet.

Regulation

Die GABA-Sekretion ist zunächst konstitutiv (alle vier Stunden wird der Gesamtbestand sezerniert). Zusätzlich erfolgt die vesikuläre Sekretion, die ähnlich wie die des Insulins durch Calciumeinstrom reguliert wird (10 % der LDCV Insulingranulen enthalten GABA; die SLMV werden ebenfalls auf einen Calciumeinstrom hin sezerniert). Die Menge der sezernierbaren GABA wird u. a. durch cAMP/PKA reguliert (Stimulation des Systems z. B. durch Glucagon-like Peptid 1 (GLP1)), indem GAD67 induziert wird, und allen physiologischen Konzepten entgegen eher verringert durch Glucose, da GABA über den GABA shunt in den Mitochondrien verstoffwechselt wird. Das limitierende Enzym ist die GABA-Transaminase GABA-T.

Wirkung

Die sezernierte GABA befindet sich im Zellzwischenraum und gelangt durch Diffusion oder über den regulären Kapillarfluss zum Inselmantel. Dort erreicht sie die glucagonproduzierenden Alphazellen. Diese verfügen über einen ionotropen GABAA-Rezeptor. Dessen Aktivierung bewirkt einen Chlorideinstrom und die Hyperpolarisation der Plasmamembran und somit die Hemmung der Glucagonsekretion.

Physiologie

Ein altes Konzept besagt, dass Glucose die Glucagonsekretion hemmt. Ein hierbei relevantes Prinzip ist, dass durch Glucose die Anzahl der GABAA-Rezeptoren auf der Alphazelle erhöht wird. GABA ist in hoher Konzentration (konstitutionell) vorhanden. Etwa 30 % des Glucoseeffektes lassen sich somit über GABA erklären. GABA hat auf die Betazelle keinen rezeptorvermittelten Effekt; die Somatostatinsekretion der Deltazelle wird ebenfalls inhibiert.

Klinischer Ausblick

Man versucht, die erhöhte Glucagonbildung des Diabetikers durch einen Mangel an GABA (durch ausbleibende Synthese bei fehlenden oder erschöpften Betazellen) zu erklären. Es existiert die Vorstellung einer durch den GABAA-Rezeptor vermittelten Suppression der Aktivität der T-Lymphozyten.

Einzelnachweise

  1. ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 Datenblatt γ-Aminobutyric acid bei Sigma-Aldrich (PDF).Vorlage:Sigma-Aldrich/Abruf nicht angegeben
  2. ↑ 2,0 2,1 2,2 2,3 Eintrag zu Γ-Aminobuttersäure in der ChemIDplus-Datenbank der United States National Library of Medicine (NLM)

Literatur

  • H. Lüllmann, K. Mohr, M. Wehling: Pharmakologie und Toxikologie. 15. Auflage, Thieme Verlag, 2003, ISBN 3-13-368515-5
  • Klaus Aktories, Ulrich Förstermann, Franz Hofmann, Wolfgang Forth: Allgemeine und spezielle Pharmakologie und Toxikologie. 9., Auflage. Urban & Fischer Bei Elsevier, 2004, ISBN 3-437-42521-8.
  • Robert M. Julien: Drogen und Psychopharmaka. Spektrum Akademischer Verlag, 1997, ISBN 3-8274-0044-9

Siehe auch

Weblinks

Wiktionary: Gamma-Aminobuttersäure – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
Wikibooks: Glutamat- und Glutamin-Stoffwechsel – Lern- und Lehrmaterialien
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