Der Stoff Glycin dient neben seiner Wirkung als Neurotransmitter auch als eine Aminosäure im Körper.

Glycin Aminosäure

Wie oben schon erwähnt, ist Glycin nicht nur ein Neurotransmitter, sondern fungiert auch als Aminosäure.

Aminosäuren sind wichtige Bausteine von Proteinen. Dabei sind Proteine aus einer Kette von Aminosäuren aufgebaut. Es kann festgehalten werden, dass gerade die Aminosäure Glycin in der Rolle der körpereigenen Aminosäuren (auch proteinogene Aminosäuren genannt) einen wichtigen Stellenwert einnimmt. Aus ihr werden also mitunter Proteine gebildet.

Die Eigenschaften der Aminosäure Glycin

Glycin als Aminosäure und damit Bestandteil von Proteinen hat diverse Eigenschaften. Die Summenformel dieser Aminosäure lautet. Als Strukturformel ist sie in Abbildung 1 noch einmal zu sehen. Die wichtigsten Eigenschaften von Glycin als Aminosäure siehst du im Folgenden.

Glycin ist:

• die einzige achirale Aminosäure, das heißt, sie hat kein Chiralitätszentrum. Das ist der Fall, weil an ihrem mittleren C-Atom zweimal der gleiche Rest (hier zweimal Wasserstoff) angebunden ist.
• als Aminosäure nicht essentiell, also kann aus anderen Stoffen im Körper gebildet werden. In diesem Fall wird die Aminosäure Glycin aus der Aminosäure Serin gebildet.
• glukogen, da es über Synthese von Pyruvat zu dem Zucker Glukose umgebaut werden kann.

Abbildung 1: Strukturformel der Aminosäure Glycin

Im Körper tritt Glycin, außer als Neurotransmitter, häufig als Aminosäure im Kollagen auf und als Bestandteil dessen. Als Aminosäure ist Glycin beteiligt an der Herstellung der Purine für die DNA und an der Synthese des roten Blutfarbstoffs Häm. Die Synthese von Kollagenen mit Glycin als Bestandteil im Körper ist in vielerlei Hinsicht notwendig. Kollagene sind sowohl Bestandteil der Haut als auch von Sehnen, Muskeln und Gelenken. Kollagen erfüllt also sehr vielseitige und wichtige Aufgaben.

Glycin beim Muskelaufbau

Zudem wird Glycin als Aminosäure häufig beim Muskelaufbau verwendet. Dabei hat es eine wichtige Funktion bei der Synthese fettfreier Muskelmasse. Es dient aber nicht nur dem Muskelaufbau, sondern hat auch eine wichtige Funktion bei der Hemmung des Muskelabbaus.

Glutathion mit Glycin

Das Glutathion ist ein Tripeptid, es besteht also aus drei Aminosäuren. Die Bestandteile des Glutathion sind dabei die Aminosäuren Glycin, Glutamat und Cystein. Erst durch das Vorhandensein dieser drei Bestandteile beziehungsweise Aminosäuren kann die Synthese vom Glutathion erfolgen. Dieses Glutathion übernimmt einige wichtige Funktionen im Körper.

Die Funktion des Glutathions

Das Glutathion hat wichtige Funktionen in der Zelle und kommt in allen Körperzellen vor. Sie wirkt reduzierend; dadurch gibt es keine freien Radikale in der Zelle, welche schädigend auf diese wirken würden. Gerade in Erythrozyten, den roten Blutzellen, ist es wichtig für die Umwandlung von Methämoglobin in Hämoglobin. Nur durch diese Funktion kann der Erythrozyt wieder Sauerstoff aufnehmen und seine wichtige Rolle als Sauerstofftransporter erfüllen.

Keratine mit Glycin

Auch die ß-Keratine, welche beispielsweise in Spinnennetzen vorkommen, haben den Bestandteil Gylcin in sich. Dabei ist der Aufbau geprägt von einer Faltblattstruktur, die durch die Bestandteile Glycin, Alanin und Serin hervorgerufen wird.

Glycin als Neurotransmitter

Glycin ist aber nicht nur eine Aminosäure, sondern auch ein wichtiger Neurotransmitter im Körper.

Glycin Wirkung Gehirn

Wie schon erwähnt, gehört Glycin zu den Neurotransmittern des Körpers. Dabei wirkt es inhibierend, also hemmend. Damit stellt Glycin neben GABA einen der wichtigsten und häufigsten inhibitorischen Neurotransmitter im Körper dar.

Abbildung 2: Ablauf der Neurotransmitter-Ausschüttung an der Synapse

Glycin-Vorkommen im Körper

Glycin kommt als inhibitorischer Neurotransmitter an manchen Stellen des Körpers gehäuft vor. Dies ist beispielsweise im zentralen Nervensystem, kurz ZNS, der Fall.

Glycin Rezeptor

Es ist bekannt, dass ein Stoff nur so wirken kann, wie es sein Rezeptor zulässt. Ein anschauliches Beispiel dafür ist Acetylcholin (ACh), welches sowohl hemmende als auch erregende Wirkung entfalten kann, je nach spezifischem Rezeptor. Auch Glycin setzt nicht an nur einem Rezeptor an. Im Folgenden siehst Du unterschiedliche Rezeptoren, an welche Glycin andocken kann:

Ionotrope Glycin-Rezeptoren

Der GlyR-Rezeptor ist der Rezeptor im ZNS, der nur für Glycin andockbar ist. Ionotrop bedeutet dabei, dass er für bestimmte Ionen durchlässig ist.

Aufbau des GlyR-Rezeptors

Der GlyR Rezeptor ist aus fünf Untereinheiten aufgebaut. Dabei handelt es sich um einen membranständigen Rezeptorkomplex. Das bedeutet, dass der Rezeptor außen an einer Membran sitzt, beziehungsweise in diesem Fall durch die Doppellipidschicht der Biomembran hindurch reicht.

Die Aufgabe des GlyR-Rezeptors

Der Glycin Rezeptor gehört zur Klasse der nikotinischen Acetylcholinrezeptoren. Seine Aufgabe ist die Hemmung der Erregungsweiterleitung im ZNS. Genauer gesagt sorgt er, ähnlich wie GABA, für eine kontrollierte Reizweiterleitung, damit es zu keiner Reizüberflutung oder Dauererregung kommen kann.

Die Wirkung des GlyR-Rezeptors

Wie schon erwähnt, ist GlyR ein hemmender Rezeptor und entfaltet seine Wirkung, wenn sein Ligand andockt. In dem Fall ist der Ligand Glycin. Der Rezeptor ist ionotrop für Chloridionen. Diese Ionen sind negativ geladen. Dabei sorgt der Glycin-Rezeptor-Komplex dafür, dass Chloridionen in die Membran der Postsynapse eindringen und ein inhibitorisches postsynaptisches Signal, kurz IPSP, auslösen.

Das IPSP des GlyR-Rezeptors

Das IPSP sorgt für eine Negativierung des postsynaptischen Membranpotentials. Durch das Andocken von Glycin öffnet sich der Rezeptor und negative Chloridionen strömen in die Postsynapse. Durch diese Negativierung der Membran kann keine Erregungsweiterleitung erfolgen. Denn nur, wenn das Membranpotential positiver wird, kann ein Aktionspotential an der Postsynapse ausgelöst und damit ein Signal weitergeleitet werden. So entfaltet der inhibitorische Neurotransmitter Glycin an seinem GlyR-Rezeptor seine hemmende Wirkung.

Abbildung 3: IPSP an einem Neuron im Gehirn

Wirkung des GlyR-Rezeptors auf den Körper

Der GlyR-Rezeptor ist ein durch Auslösung eines IPSPs hemmender Rezeptor. Der GlyR ist wichtig, da er die spinale Kontrolle des Muskeltonus übernimmt. Demzufolge hilft Glycin und dessen Rezeptor bei der Kontrolle der Wirbelsäulenmuskulatur.

Hier noch einmal der Vorgang am GlyR zusammengefasst:

• Glycin dockt an den GlyR Rezeptor,
• Glycin-Rezeptor-Komplex aktiviert den Rezeptor → negative Chloridionen dringen in die Postsynapse ein,
• das postsynaptische Membranpotential wird negativer (IPSP),
• die Erregungsweiterleitung wird durch Glycin gehemmt.

Tetanus-Toxin am GlyR-Rezeptor

Den Begriff Tetanus-Toxin hast du vielleicht schon mal gehört. Umgangssprachlich sagt man auch "Ich habe mich gegen Tetanus impfen lassen". Und tatsächlich, es ist möglich, sich durch eine Impfung davor zu schützen. Tetanus-Toxin kann beispielsweise durch Zecken oder Schnittwunden übertragen werden und hat seinen Angriffspunkt am Glycin GlyR-Rezeptor.

Wirkung von Tetanus-Toxin

Das Tetanus-Toxin bewirkt eine Spaltung eines Komplexes, der im ZNS wichtig für die Glycin- und GABA-Ausschüttung ist. Das geschieht an Interneuronen. Somit gibt es zu wenig hemmende Neurotransmitter (Glycin und GABA) und es kommt dadurch zur Übererregung der Muskulatur. Die Folge ist ein Krampfleiden, da der Muskel nun einer Dauererregung ausgesetzt ist.

Behandlung von Tetanus-Toxin-Patienten

Da Tetanus-Toxin ein hochgradig gefährliches Gift ist und sich schwierig entfernen lässt, müssen die meisten Patienten bei einer Infektion auf die Intensivstation. Dort werden ihnen Antibiotika verabreicht und Medikamente teilweise direkt in den Muskel gespritzt, um diesen und das Herz-Kreislauf-System zu entlasten.

Der Glycin-NMDA-Rezeptor

Ein weiterer Rezeptor, mit welchen Glycin in Verbindung steht, ist der NMDA-Rezeptor. Dieser besteht aus vier Untereinheiten (Tetramer). Dabei wirkt er, im Gegensatz zum GlyR-Rezeptor, eher erregend: der Rezeptor macht demzufolge die Wirkung des Stoffes aus. Dabei steht NMDA für N-Methyl-D-Aspartat-Rezeptor.

Zusammenspiel zwischen Glycin und Glutamat

Das Besondere am NMDA-Rezeptor im Gegensatz zum GlyR-Rezeptor ist, dass es nicht nur Glycin benötigt, um diesen zu aktivieren. Er ist auch ionotrop, aber für Calcium. Glycin und der Neurotransmitter Glutamat müssen beide vorhanden sein, damit der NMDA-Rezeptor seine Wirkung entfalten kann. Dabei wirkt er exzitatorisch, also erregend. Hierbei nimmt Glycin die Rolle des Ko-Agonisten ein, also den Zusammenspieler von Glutamat.

Der Vorgang am NMDA-Rezeptor

Wenn der Rezeptor zunächst von Glutamat aktiviert wird, steigt die Calciumkonzentration in der Zelle an. Den Kanal geschlossen hatte vorher Magnesium, welches gehemmt wird. Calmodulin bindet nun an Calcium und diese docken an AMPA-Rezeptoren an. Dadurch kommt es zu einer Glutamatfreisetzung. Dabei wird eine Signalkaskade in Gang gesetzt.

Abbildung 4: NMDA-Rezeptor

NMDA-Rezeptor-Wirkung

Die beschriebene Signalkaskade endet letztlich damit, dass durch Calcium eine bessere Weiterleitung in den Synapsen erfolgt. Dies führt langfristig zu einer Strukturveränderung an der Synapse. Dadurch wird im Gehirn der Umbau von Synapsen bewirkt.

Neuromodulation durch den NMDA-Rezeptor

Neuromodulation ist ein Umbau an Synapsen, meist im zentralen Nervensystem (ZNS). Der NMDA-Rezeptor mit Glutamat und Glycin bewirkt, dass Synapsen umgebaut werden. Auf Körperebene kann festgehalten werden, dass durch diesen Umbau die Synapsen stärker miteinander interagieren. Das bedeutet, dass Glycin und Glutamat durch den NMDA-Rezeptor dabei helfen, die Lernfähigkeit sowie das Langzeitgedächtnis zu bilden. Der Umbau findet nämlich oftmals im Hippocampus und Großhirn statt und nimmt damit direkt Einfluss auf das Gedächtnis.

Weitere Glycin-Einsatzmöglichkeiten

Hier noch einmal ein paar wichtige Gebiete, in denen Glycin unabdingbar ist:

• Biochemie / Molekularbiologie: dort wird Glycin oft als Puffer genutzt, beispielsweise bei der Proteinauftrennung.

• In Infusionslösungen: dort kann Glycin zugefügt werden, jedoch nicht in Form von Tabletten, sondern durch Umgehung des Verdauungstraktes (parenteral).