Biochemischer Hintergrund

Die drei verschiedenen Typen von Phenylketonurie

Die klassische PKU ist dadurch gekennzeichnet, dass das Phenylalanin-4’-Hydroxylase Gen ganz fehlt (bzw. eine sehr reduzierte Aktivität vorweist, welche unter 1% der Norm liegt). Falls ein PKU-Betroffener mit klassischer PKU sich ‚normal’ ernährt, steigt die Phenylalaninkonzentration im Blut über 1200 mmol/L. In diesem Fall ist unbedingt eine Phe-arme Diät notwendig, da es sonst zu einer erheblichen Intelligenzverminderung kommt. Die klassische PKU ist auch durch die vermehrte Phenylalanin Metabolitenausscheidung bei zu hohen Blutwerten im Urin gekennzeichnet. Diese Metabolitenausscheidung hat zur Namensgebung der PKU geführt (siehe Begriffsdefinitionen > Begriffserklärung).

Tab. 2: Stoffwechselprodukte im Urin

Von milder PKU wird gesprochen, wenn das PAH Gen des Betroffenen noch mehr als 1% der Normaktivität hat (max. 3%). Diese Art von PKU wird oft auch als milde Hyperphenylalaninämie bezeichnet. Die Betroffenen der milden PKU sollten eine Phe-arme Diät durchführen, können jedoch mehr Phe pro Tag essen, als jemand mit der klassischen PKU. Bei Nichteinhaltung einer eiweissarmenarmen Diät steigt die Phe-Konzentration im Blut auf Werte zwischen 600-1200 mmol/L.

Wenn die Restaktivität des PAH Enzyms auf 3-6% der Norm liegt, wird von der persistierenden Hyperphenylalaninämie gesprochen. In diesem Fall findet man bei Betroffenen ohne Diät Höchstwerte von 600mmol/L Phe im Blut und deshalb wird eine Phe-arme Diät nicht oder nur zeitweise empfohlen.

Weiter gibt noch andere PKU-Arten, wie die so genannte atypische PKU, bei welcher unbehandelt kaum Schäden bemerkbar sind. Zudem gibt es PKU-Typen, welche nicht auf einen Mangel des PAH Enzyms zurückzuführen sind, sondern auf eine Störung des Coenzyms Tetrahydrobiopterin (BH4). Dabei ist ebenfalls die Umwandlung von Tyrosin gestört.

Die Aminosäuren Phenylalanin und Tyrosin

Phenylalanin (Phe) ist eine essentielle, lebensnotwendige Aminosäure. Aminosäuren sind bekanntlich Bausteine von Proteinen. Als essentiell wird eine Aminosäure dann bezeichnet, wenn sie vom Körper nicht selber gebildet werden kann. Sie muss durch die Nahrung in einer bestimmten Menge eingenommen werden, damit sich der Stoffwechsel aufrechterhalten kann.
Bei allen in der Natur vorkommenden Eiweissen ist das Phe zu etwa 5% vorhanden. Der Rest besteht aus weiteren 19, ebenso notwendigen, Aminosäuren. Das Phe ist in fast allen Lebensmitteln enthalten. Besonders Phe-haltige Nahrungsmittel sind Casein, Haselnuss-, Reis-, Ei- sowie Fleischproteine.
Phenylalanin wird für verschiedenste Vorgänge im Körper gebraucht. Zum Einen wird es zur Synthese von Insulin, Papain, Melanin und Thyroxin benötigt. Dies sind alles wichtige körpereigene Proteine. Andererseits spielt das Phe auch bei der Eliminierung von jeglichen Schadstoffen durch die Nieren und Blase eine wichtige Rolle.
Phenylalanin kann in verschiedenen Formen auftreten. Einerseits, wie alle anderen Aminosäuren, in der natürlichen so genannten L-Form, wobei es eine physiologische Wirkung hat. Dann gibt es noch eine Mischung aus D- und L-Form, das LD-Phenylalanin. Dies wiederum zeigt, durch die Anregung der körpereigenen Endorphine, schmerzstillende Wirkung.
Weiter kann der Körper das Phe in die Neurotransmitter Dopamin und Norepinephrin umwandeln. Durch die Bildung von Norepinephrin soll das Phe die Gedächtnisleistung verbessern und appetitzügelnde Auswirkungen in sich tragen. Die erhöhte Einnahme von Phe kann aber auch reduzierend auf Neurotransmitter wirken. Dies ist bei der Serotoninbildung der Fall: Das Gehirn kann benötigte Botenstoffe, wie Serotonin, aus dem Phenylalanin herstellen und die entstandene Botenstoffmenge soll anregend wirken.
1879 wurde Phe aus Pflanzenquellen isoliert und drei Jahre später erstmals chemisch synthetisiert.
Die empfohlene tägliche Phe-Menge variiert extrem. In den USA legten Wissenschaftler den täglichen Bedarf eines Erwachsenen auf 1g fest, doch anerkannte Forscher sind der Meinung, ein normales und gesundes Individuum nehme 5g pro Tag ein, obwohl es eigentlich 8g gebrauchen könnte. Sie empfehlen eine gesamte Zufuhr von 16g pro Tag einzunehmen.

Abb. 4: Phenylalanin. Summenformel: C9H11NO2; Molmasse: 165.19; Genetischer Code: UUU, UUC

Tyrosin wird im Organismus über die Nahrungsmittel eingenommen oder aus Phenylalanin gewonnen. Folgende Nahrungsmittel sind reich an Tyrosin: Casein, Milchprotein, Protein aus Erbsen, Bohnen, Nüssen und natürlich Fleischproteine. Das Tyrosin ist nur für Menschen mit PKU essentiell, für Menschen ohne diesen Gendefekt nicht. Es wird durch den biochemischen Defekt bei PKU-Betroffenen zu einer essentiellen Aminosäure.
Tyrosin dient als Unterstützung der Funktion der Nebennieren, Schild- und Hirnanhangdrüsen, sowie zur Bildung von roten und weissen Blutkörperchen und der natürlichen Adrenalinproduktion. Aus diesem Grunde hat der Organismus einen hohen Tyrosinbedarf, wenn er sich in Stresssituationen befindet. Falls durch die Nahrung nicht genügend Tyrosin aufgenommen wird, „wird es von der Hirnaktivität ‚gestohlen’“ (Internet, Vitaviva, Gesundheitsprodukte). Dadurch können extreme Mangelerscheinungen zustande kommen. Dies wiederum führt zu Depressionen, Müdigkeit, geringere Leistungsfähigkeit und verminderter Ausschüttung von Wachstumshormonen.
Die zusätzliche Einnahme von Tyrosin kann ebenfalls verschiedene Auswirkungen haben. Einerseits drosselt es den Appetit und den Geschlechtstrieb, andererseits ist eine zusätzliche Tyrosinzufuhr eine viel bessere und wirkungsvollere Methode, um von Tabak oder anderen Drogen wegzukommen.
Neben den oben erwähnten Funktionen des Tyrosins wird es auch in Pigmentstoffe umgewandelt, sowie in verschiedenste wichtige Neurotransmitter, und Enkephalin, welches schmerzstillende Wirkung hat.

Der Phenylalaninstoffwechsel

Durch unsere Nahrung nehmen wir verschiedenste Stoffe auf, welche mittels unserer Verdauung in ihre Einzelteile zerlegt werden, wie zum Beispiel das Protein in die 20 verschiedenen Aminosäurearten.
Das normale Produkt des PAH Gens wäre das Phenylalanin-Hydroxylase Protein, welches 452 Aminosäuren umfasst. Dieses Protein, bzw. das Enzym Phenylalanin-Hydroxylase, ist für die Umwandlung von Phenylalanin zu Tyrosin zuständig. Es wird vom Coenzym Tetrahydrobiopterin (BH4) bei dieser Umwandlung unterstützt.

Abb. 6: Phenylalaninstoffwechsel

Wenn nun bei PKU-Betroffenen diese Umwandlung von Phe in Tyrosin gestört ist, staut sich das Phe im Blut und Geweben an. Es wird weiter zu Phenylbrenztraubensäure umgewandelt, aus welchem wiederum Phenyllaktat (Phenylmilchsäure) und Phenylazetat (Phenylessigsäure) gebildet werden. Diese Stoffe werden im Urin ausgeschieden, was einen mausartigen Geruch verursacht. Bei Menschen ohne das defekte PAH Gen treten diese Stoffe im Urin nicht auf.
Bei der klassischen PKU ist die Restaktivität des PAH Enzyms maximal 1% der normalen Aktivität. Deshalb können bei unbehandelten PKU-Betroffenen erhöhte Phe-Werte von über 1200 mmol/L auftreten. Als Vergleich ist es interessant zu sehen, dass bei Menschen mit der normalen PAH Aktivität im Blut nur einen Phe-Wert von 39-72 mmol/L zu finden ist.