Arginin und Alfred Nobel
Vom Dynamit zum Nobelpreis für Arginin

Alfred Nobel nahm Nitroglycerin gegen Angina pectoris.
Dieses Molekül hatte ihm 1866 zum Dynamit verholfen und 1998 einen Nobelpreis für Medizin ermöglicht.

Stickstoffmonoxid – Kleines Molekül mit großer Wirkung

Das kleine Molekül Stickstoffmonoxid oder kurz NO wird in den Körperzellen aus Arginin gebildet und hat wichtige protektive Aufgaben. Es ist inzwischen eindeutig nachgewiesen, dass es u.a.

  • die Blutgefäße erweitert und damit den Blutdruck senkt,
  • dass es die Blutgefäße vor Verkalkung schützt,
  • posistive Wirkungen bei Diabetes hat und
  • die Erektion ermöglicht.
Arginin und der Nobelpreis

Über die Erweiterung der Blutgefäße erklärt sich auch die positive Wirkung von Medikamenten wie Nitroglycerin, aus denen im Körper NO freigesetzt wird. Bereits vor mehr als 125 Jahren wurde dieses Nitroglycerin gegen Angina pectoris eingesetzt. Zu den bekanntesten Patienten gehört bis heute Alfred Nobel. Er erkannte schon damals die Ironie der Geschichte, dass genau dieses Nitroglycerin ihm zunächst die Entwicklung von Dynamit ermöglicht hat (1866) – Dynamit besteht zu ca. 90% aus Nitroglycerin. Und am Ende seines Lebens dasselbe Nitroglycerin dann bei der Behandlung seiner Angina pectoris eingesetzt wurde.

Viele Jahre, nachdem Alfred Nobel den berühmten und bis heute anerkannten Nobelpreis gestiftet hatte, sollte 1998 ein Nobelpreis für Medizin zu den Forschungen zu NO vergeben werden. Es hat bis zu den 1990er Jahren gedauert bis erkannt wurde, welche lebenswichtige Bedeutung dem kleinen Gasmolekül NO bei der Regulation des Blutdrucks zukommt. Da Stickoxide bei der Verbrennung von Stickstoff in Verbrennungsmotoren entstehen, hatte dieses Gas bis dahin allein den negativen Ruf, die Umwelt zu schädigen.

Arginin und Stickstoffmonoxid

    • 1846 – Ascanio Sobero entdeckt den Sprengstoff Nitroglycerin.
    • 1866 – Alfred Nobel entwickelt das aus Nitroglycerin hergestellte Dynamit in Krümmel bei Hamburg. Dabei kommt u.a. sein Bruder Emil ums Leben.
    • 1879 – Beginn der Behandlung von Angina pectoris mit Nitroglycerin durch William Murrell. Später erhält der an Angina pectoris leidende Alfred Nobel selber seinen „Sprengstoff“ Nitroglycerin Linderung seiner Schmerzen.
    • 1886 – Die Aminosäure Arginin wird erstmals von Ernst Schulze und einem seiner Doktoranden aus Lupinenkeimlingen isoliert.
    • 1896 – Tod Alfred Nobels.
    • 1900 – Gründung der Nobel-Stiftung gemäß dem Testament Alfred Nobels vier Jahre nach dessen Tod.
    • 1932 – Entdeckung des Harnstoff-Zyklus – mit Beteiligung von Arginin – durch Hans Adolf Krebs und Kurt Henseleit in Freiburg.
    • 1980 – Entdeckung der Wirkung einer Substanz, welche die Blutgefäße weitstellt durch Robert F. Furchgott.
    • 1987 – Identifizierung dieser Substanz als Stickstoffmonoxid = NO durch Louis J. Ignarro.
    • 1991 – Identifizierung des Enzyms NO-Synthase, welches Stickstoffmonoxid aus Arginin bildet durch Ferid Murad.
    • 1998 – Nobelpreis für Medizin für Robert F. Furchgott, Louis J. Ignarro und Ferid Murad

Arginin, NO und die künftige Forschung

In einer Veröffentlichung von 2014 fragt der Nobelpreisträger Ferid Murad gemeinsam mit einem Kollegen „What is next in nitric oxide research?“, fasst den Forschungsstand zu dem „Wundermolekül“ NO zusammen und gibt einen Ausblick auf die künftigen Forschungen zum Stickstoffmonoxid. Demnach hat das NO nicht nur essenzielle Funktionen u.a. bei der Regulierung des Blutdrucks im Sinne einer Gefäßerweiterung (Blutdrucksenkung) oder als Neurotransmitter. Offensichtlich übernimmt dieses kleine Molekül auch Aufgaben bei der Zellproliferation (Neubildung von Zellen) sowie der Zelldifferenzierung. Mit diesen Erkenntnissen könnten demnach auch neue Optionen für die Behandlung von Krebs eröffnet werden.[1] Aufgrund der Bildung von NO aus dem Molekül Arginin dürfte demnach auch die wissenschaftliche Karriere von Arginin noch längst nicht zu Ende sein.

[1]Murad et al, What is next in nitric oxide research? From cardiovascular system to cancer biology, Nitric Oxide, 43, 3 – 7, 2014

Aminosäuren und Arginin | Eine Erfolgsgeschichte.

Arginin wurde 1886 erstmals beschrieben. Heute gehört Arginin zu den am besten erforschten Aminosäuren. Und ist jetzt exklusiv als Arginium erhältlich.

Aminosäuren und Arginin | Das 19. Jahrhundert

Die ersten Aminosäuren wurden zu Beginn des 19. Jahrhunderts entdeckt. So wurde 1805 erstmals die Aminosäure Asparagin durch L. N. Vauquelin und P. J. Robiquet isoliert, benannt nach dem Spargel (Asparagus), aus dessen Sprossen die beiden Franzosen diese Aminosäure isolierten. In den nachfolgenden Jahrzehnten entdeckten europäische Wissenschaftler weitere Aminosäuren. 1886 wurde erstmals Arginin isoliert und 1935 wurde schließlich das Threonin entdeckt, die letzte der 20 Aminosäuren, aus denen die Eiweiße des Menschen aufgebaut sind. Die nachfolgende Tabelle gibt eine Übersicht über die erstmalige Beschreibung dieser 20 Aminosäuren und nennt die heute zum Teil (fast) vergessenen Wissenschaftler, die durch ihre Forschungsergebnisse das Tor für die Disziplin der Biochemie weit aufgestoßen haben.

AminosäureJahr der EntdeckungWissenschaftlerIsolierung aus
Asparagin1806L. N. Vauquelin, J. P. RobiquetSpargel
Cystein1810W. H. WollastonNierensteine
Leucin1818J. L. ProustKäse
Glycin1820H. BraconnotGelatine
Tyrosin1846J. LiebigKäse
Valin1856E. v. Gorup-BesanezDrüsen
Serin1865E. CramerSericin
Glutaminsäure1866H. RitthausenGliadin
Asparaginsäure1868H. Ritthausen, E. KreusslerLeguminosen
Glutamin1877E. SchulzeZuckerrüben
Phenylalanin1879E. Schulze, J. BarbieriLupinensamen
Arginin1886E. Schulze, E. SteigerLupinenkeimlinge
Alanin1888Th. WeylSeidenfibroin
Lysin1889E. DrechselCasein
Histidin1896A. KosselProtamin des Störs
Prolin1901E. FischerCasein
Tryptophan1901F. G. Hopkins, S. W. ColeCasein
Isoleucin1904F. EhrlichMelasse
Methionin1922J. H. MüllerCasein
Threonin1935W. C. RoseFibrin

Aminosäuren und Arginin | Lexikalischer Wandel im Spiegel der Zeit

In Meyers Konversationslexikon von 1905 findet sich der Artikel über Aminosäuren noch unter dem Begriff der Amidosäuren (Aminofettsäuren, Alanine, Glykokolle). Dort heißt es u.a.: „Mehrere A. finden sich im Pflanzen- und Tierkörper. Sie entstehen aus Eiweißkörpern durch Spaltung […].“ Heute weiß man, dass die Eiweiße in Tieren und Pflanzen aus Aminosäuren aufgebaut werden und damit essenziell für das Leben an sich sind.

In Herders Großen Lexikon von 1931 werden die Aminosäuren bereits als solche bezeichnet („Aminosäuren, auch Amidosäuren“) und dort heißt es nun richtig: „[…] und bilden, wie E. Fischer nachgewiesen hat, die einfachen Bausteine des Eiweißes.“

Im Brockhaus von 1986 findet sich dann bereits ein mehrspaltiger Artikel über Aminosäuren, mit dem Schwerpunkt auf der Beschreibung der 20 Aminosäuren, die am Aufbau der Proteine und Peptide (Eiweiße) beteiligt sind. Der Brockhaus erwähnt nun auch die Unterscheidung in

  • essenzielle Aminosäuren, die vom tierischen und menschlichen Körper nicht aufgebaut werden können
  • nichtessenzielle Aminosäuren, die vom tierischen und menschlichen Körper synthetisiert werden können sowie den
  • semiessenziellen Aminosäuren, deren Bedarf vom jeweiligen Zustand des Organismus abhängt.

Aktuelle Artikel zu den Aminosäuren in Wikipedia enthalten gegenüber den Beschreibungen von 1986 keine nennenswert neueren Erkenntnisse.
Im Gegensatz zu den vorgenannten Lexika hat auch das Arginin selber mit einem eigenen Artikel Eingang in den Brockhaus gefunden. Der Artikel lautet wie folgt:
„Arginin [wohl zu griech. arginóeis >hell schimmern<] das, -s, Abk. Arg, halbessentielle basische Aminosäure, bes. in basischen Proteinen (Protmaminen) der Zellkerne. A. wird in Bakterien und Pflanzen über Ornithin aus Glutaminsäure gebildet; in der Säugetierleber wird A. im -> Harnstoffzyklus abgebaut.“

Arginin als semiessenzielle Aminosäure

Arginin gehört demnach zu den semi- oder halbessenziellen Aminosäuren. Der Körper kann demnach in der Regel ausreichend Arginin selbst synthetisieren, in Ausnahmesituationen muss dem Körper jedoch externes Arginin zugeführt werden, um den Bedarf zu decken. Solche Situationen können z.B. eintreten bei:

  • Bewegungsmangel
  • einseitige Ernährung
  • starke Wachstumsphasen
  • Krankheiten wie Bluthochdruck oder Artherosklerose Vergleichsweise hohe Konzentrationen an Arginin sind z.B. in den folgenden Lebensmitteln enthalten:
  • Nüssen
  • Kürbiskernen
  • Schweinefleisch
  • Hühnerfleisch
  • Lachs

Produkte wie Argininum enthalten 1 g Arginin pro Stick. Durch die Einnahme des Arginins kann sichergestellt werden, dass dem Körper ausreichend Arginin zugeführt wird.

Arginin in der Wissenschaft | Früher und Heute

Die Aminosäure Arginin wurde erstmals 1886 an der ETH Zürich von Prof. Dr. Ernst Schulze und einem seiner Doktoranden, Ernst Steiger, entdeckt. Sie konnten Arginin aus den Keimlingen von Lupinen (Wolfskraut) isolieren. Bereits 1877 hatte Schulze die Aminosäure Glutamin aus Kürbiskeimlingen isoliert und 1879 Phenylalanin gemeinsam mit seinem Doktoranden J. Barbieri. In den 1870er und den 1880er Jahren war er zudem an der Isolierung und Charakterisierung weiterer Aminosäuren beteiligt. Insofern zählt Ernst Schulze zu Recht zu den Mitbegründern der „neuen exakten biochemischen Forschung“.

Der Schwede Sven Gustaf Hedin hat dann 1895 erstmals Arginin aus „thierischem“ Material, aus Horn, isoliert. Er konnte durch einen Vergleich mit dem pflanzlichen Arginin von Ernst Schulze feststellen, dass beide Arginine miteinander identisch sind.

1898 gelang Ernst Schulze der Nachweis, dass Arginin im menschlichen Körper als Vorstufe für die Bildung von Ornithin dient. Außerdem konnte Schulze Untersuchungen bestätigen, nach denen ein großer Anteil des im Körper gebildeten Ammoniaks durch Abspaltung aus Arginin entsteht. Schon diese ersten Untersuchungen verwiesen darauf, dass die neue Disziplin der Biochemie sich zum Ziel gesetzt hatte, die Stoffwechselprozesse im menschlichen Körper zu verstehen.

Diese Forschungen erreichten schließlich mit der Vergabe des Nobelpreises für Medizin an Hans Adolf Krebs und Fritz Albert Lipmann einen ersten Höhepunkt. Mit der Entdeckung des Harnstoffzyklus hatte Krebs in den 1930er Jahren eine neue Ära der Arginin-Forschung eingeleitet.

In den nachfolgenden Jahrzehnten kristallisierte sich heraus, dass Arginin zu den semiessenziellen Aminosäuren zählt. 1987 gelang es dann zudem den Arbeitsgruppen von Ignarro und Moconda nachzuweisen, dass es sich bei der von Furchgott beschriebenen körpereigenen Substanz EDRF um das kleine Molekül NO handelt. Da dieses kleine Molekül im Körper aus Arginin gebildet wird, gewann die Forschung zum Stoffwechsel von Arginin in der Folge wieder zunehmend an Bedeutung.

Ein Mangel an Arginin bzw. an Stickstoffmonoxid wird heute u.a. in Verbindung mit folgenden Erkrankungen gebracht:

  • Bluthochdruck
  • Diabetes
  • Erektile Dysfunktion
  • Artherosklerose
  • Schlafstörungen

Arginin und die Health Claims

Die EU hat bereits 2007 die sogenannte Health Claims Verordnung erlassen. Demnach wird die gesundheitsbezogene Werbung von Lebensmitteln stark reguliert. Ziel ist der Schutz der Verbraucher vor irreführender Werbung. So darf ein Nahrungsergänzungsmittel wie Arginium nicht mit der Aussage beworben werden, dass es gegen Bluthochdruck helfen würde. Aufgrund von wissenschaftlichen Veröffentlichungen dürfen aber z.B. die sogenannten Bilanzierten Diäten damit beworben werden, dass Arginin zum Erhalt der normalen Eliminationsrate von Ammoniak beiträgt.

Aufgrund der stetig wachsenden Erkenntnisse zu Arginin und dessen Wirkungen erscheint diese Einschränkung als recht restriktiv. Andererseits kann so vermieden werden, dass Kunden oder Patienten einer irreführenden Werbung ausgesetzt werden.

Insbesondere die Pharmaindustrie dürfte an einem breiten Einsatz von Nahrungsergänzungsmitteln wie Arginium nicht gelegen sein, da sie ohne die für Arzneimittel geforderten aufwändigen klinischen Studien auf den Markt gebracht werden können.