Ein essenzieller und integrierter Bestandteil im Transport langkettiger Fettsäuren durch die Membran der Mitochondrien in die innere Matrix. Dort erfolgt die weitere β-Oxidation. Carnitin hält das Verhältnis Acetyl-CoA/CoA im Gleichgewicht.
Struktur
(CH3)3N+-CH2-HCOH-CH2COO−, Summenformel: C7H15NO3
Molmasse
161,2 g.
Beschreibung
Im Jahr 1905 wurde Carnitin fast gleichzeitig von Gulewitsch und Krimberg in Moskau und von Kutscher in Marburg entdeckt. Carnitin blieb lange Zeit einer der Naturstoffe, deren Funktion nicht bekannt war. Bei Untersuchungen über den Vitaminbedarf des Mehlkäfers Tenebrio molitor stießen Fraenkel und Friedman auf einen für die Metamorphose des Käfers essenziellen Wachstumsfaktor. Im Jahr 1952 wurde die Identität dieses Faktors als L-Carnitin nachgewiesen.
1955 beobachten Friedman und Fraenkel die reversible Übertragung von aktivierten Acetylgruppen zwischen Carnitin und CoA. Im gleichen Jahr beschrieb Fritz die Erhöhung der Oxidationsrate von Palmitat in Rattenleberhomogenat, wenn Muskelextrakt zugefügt wurde. Es zeigte sich, dass das im Muskelextrakt vorliegende Carnitin die Oxidation der langkettigen Fettsäuren stimuliert. Im Jahr 1963 entdeckten Bremer und Fritz das EnzymCarnitin-Palmitoyl-Transferase, das folgende Reaktion katalysiert:
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Sie postulierten dessen Bedeutung bei der Oxidation von Fettsäuren. Die Hauptrolle zeigt L-Carnitin bei der β-Oxidation von mittel- und langkettigen Fettsäuren in den Mitochondrien. Mithilfe von Carnitin gelangen aktivierte Fettsäuren als Carnitinester aus dem Zytosol durch die innere Mitochondrienmembran in die Mitochondrienmatrix.
Die Bestimmung von Carnitin in Körperflüssigkeiten und Gewebextrakten wird traditionell mit der radioenzymatischen Methode von McGarry und Foster durchgeführt. Hier werden Gesamtcarnitin, das freie Carnitin und das Acylcarnitin ermittelt. Heute ist es möglich, durch Tandem-Massenspektrometrie das freie Carnitin und gleichzeitig die einzelnen Acylcarnitin-Spezies zu bestimmen. Dies ist für die Diagnostik angeborener Stoffwechselerkrankungen im Neugeborenenalter unentbehrlich.
Der größte Anteil an Gesamtcarnitin befindet sich beim Menschen in der Skelettmuskulatur. Die Konzentrationen in den verschiedenen Geweben sind bis zu 100-fach höher als die im Plasma. Carnitin wird hauptsächlich über den Urin ausgeschieden. Die renale Clearance beträgt bei gesunden Probanden 1–2 mL/min, die tubuläre Rückresorption liegt dementsprechend weit über 90 %. Folglich wird L-Carnitin von der Niere wie eine essenzielle Aminosäure angesehen.
Aus der zentralen Stellung im Intermediärstoffwechsel besitzt L-Carnitin Wirkungen auf verschiedene Organsysteme.
Normale gesunde Erwachsene haben eine adäquate Carnitinspeicherung und benötigen kein zusätzliches Carnitin. Bedeutung gewinnt die exogene Zufuhr jedoch bei verschiedenen Erkrankungen und bei Carnitinmangelzuständen. Carnitinmangel kann als intrazellulärer Mangel an Carnitin definiert werden. Ein solcher Mangel führt zu einer Akkumulation von Acyl-CoA-Estern und zu einer Hemmung des Acyltransports durch die innere Mitochondrienmembran. Dieser Mangel kann in einen primären (mit einem Basisdefekt, Ursache im Carnitinstoffwechsel) und in einen sekundären (als Folge anderer Erkrankungen und Zustände) eingeteilt werden.
Literatur
Gürtler A-K, Löster H (1996) Carnitin und seine Bedeutung bei der Pathogenese und Therapie der Herz- und Kreislauferkrankungen. Ponte Press, Bochum
McGarry JD, Foster DW (1976) An improved and simplified radioisotopic assay for the determination of free and esterified carnitine. J Lipid Res 17:277–281PubMed
