Körperproteine werden kontinuierlich auf- und abgebaut (1). Der geschätzte Umsatz beträgt ∼210 g/Tag (2). Die aus dem Proteinabbau stammenden Aminosäuren können recycelt (für die Synthese wiederverwendet) werden, doch ist dieser Prozess unvollständig. Daher ist Nahrungsprotein für die Erhaltung der mageren Körpermasse erforderlich. Außerdem wird Nahrungsprotein benötigt, um die Eiweißverluste zu ersetzen, die durch die Ablösung von Haut, Haaren, Nägeln, Zellen im Magen-Darm-Trakt und eiweißhaltigen Sekreten entstehen. Die tatsächlichen Verluste werden jedoch auf nur 6-8 g/Tag geschätzt (3).
Gesamt werden etwa ∼32-46 g hochwertiges Nahrungsprotein/Tag benötigt, um das Eiweißgleichgewicht zu erhalten (2). Das ist deutlich weniger als die Proteinmengen, die amerikanische Erwachsene angeblich konsumieren (∼65-100+ g/Tag) (4). Die überschüssigen Aminosäuren aus der Nahrung werden dann direkt oder indirekt nach Umwandlung in Glukose als Brennstoff oxidiert.
Im Jahr 1915 wies Janney (5) anhand eines phlorhizinisierten Hundepräparats eindeutig nach, dass die deaminierten Aminosäuren (Kohlenstoffskelette), die in Nahrungsproteinen enthalten sind, zur endogenen Herstellung von Glukose verwendet werden können. Bei den meisten gängigen Proteinen können 50-80 g Glukose aus 100 g aufgenommenem Protein gewonnen werden. Dennoch berichtete Jacobson (6) bereits 1913, dass die Aufnahme von Proteinen den Blutzucker nicht erhöht.
Später, im Jahr 1924, fütterte MacLean (7) 50 g Fleischprotein an zwei Probanden, einen mit und einen ohne leichten Diabetes. Die theoretisch mögliche Glukosemenge betrug 25 g. Der Blutzuckerspiegel veränderte sich jedoch nicht. Als er den Probanden dann 25 g Glukose verabreichte, war der Blutzucker deutlich erhöht. 1936 berichteten Conn und Newburgh (8), dass selbst die Aufnahme einer sehr großen Menge Eiweiß in Form von Fleisch (1,3 Pfund, 0,59 kg) den Blutzuckerspiegel nicht ansteigen ließ.
In der Folge wurden die Abbauwege für jede Aminosäure aufgeklärt. Von den 20 Aminosäuren, die in Proteinen vorkommen, können alle außer Leucin zumindest teilweise in Glukose umgewandelt werden und somit zum zirkulierenden Glukosepool beitragen. Daten aus vielen Labors, einschließlich unseres eigenen, bestätigten jedoch, dass die Aufnahme von Eiweiß an sich die zirkulierende Glukosekonzentration nicht erhöht (9,10). Der Grund dafür blieb unbekannt.
Um diese Frage zu klären, haben wir vor einigen Jahren (11) die tatsächliche Menge an Glukose, die in den zirkulierenden Glukosepool gelangt, mit einer Glukose-Isotopenverdünnungstechnik bestimmt. Die Harnstoffbildung wurde als Index für die Menge des mit der Nahrung aufgenommenen, desaminierten Proteins und der für die Glukosesynthese verfügbaren Kohlenstoffskelette bestimmt. Normale, junge Probanden nahmen 50 g Hüttenkäseprotein (Kasein) zu sich. Es wurde berechnet, dass in den 8 Stunden der Studie 34 g deaminiert wurden (68 %). Die Menge der produzierten und in den Blutkreislauf gelangten Glukose betrug nur 9,7 g (11). Die produzierte Glukosemenge war also deutlich geringer als die theoretisch angenommene Menge (∼25 g). Die Plasmaglukosekonzentration änderte sich nicht.
Später wurde bei Personen mit unbehandeltem Typ-2-Diabetes berechnet, dass die Aufnahme von 50 g Rinderprotein während der 8-stündigen Studiendauer nur 2,0 g zusätzliche Glukose in den Kreislauf einbringt (12). Diese Ergebnisse waren eher überraschend, da die basale Glukoseproduktionsrate bei den diabetischen Probanden erwartungsgemäß höher war als bei normalen jungen Probanden (13-15).
Interessanterweise haben inzwischen zahlreiche Studien gezeigt, dass die Zufuhr der üblicherweise eingenommenen glukoneogenen Substrate Fruktose, Galaktose, Glycerin sowie Aminosäuren, wenn sie infundiert oder eingenommen werden, die hepatische Produktion und Freisetzung von Glukose nicht oder nur geringfügig erhöhen (16) und kaum Auswirkungen auf die zirkulierende Glukosekonzentration haben. Dies ist auf einen hepatischen Autoregulationsprozess zurückzuführen, der unabhängig von einer Veränderung der zirkulierenden Insulin- oder Glukagonkonzentration ist (17,18).
In dieser Ausgabe von Diabetes haben Fromentin et al. (19) auf elegante Weise die Frage der endogenen Verteilung der absorbierten Aminosäuren aus einem Nahrungsprotein (Ei) behandelt. Sie befassen sich insbesondere mit der Verteilung der Kohlenstoffskelette, die sich aus den gesamten Aminosäuren ergeben, sowie mit der Geschwindigkeit und der Menge der Glukose, die über einen Zeitraum von 8 Stunden in den Plasmapool gelangt, unter Verwendung der Multitracer-Technologie.
Ihre Studie ist in vier Punkten einzigartig: Erstens wurden ganze Eier als Proteinquelle verwendet, d.h. es wurde sowohl eine bescheidene Menge an Fett als auch an Protein zu sich genommen. Zweitens war die aufgenommene Eiweißmenge (23 g) geringer als bei anderen Studien und liegt innerhalb der Menge, die bei einer einzigen Mahlzeit aufgenommen wird. Drittens wurden aus der Nahrung stammende stabile Isotopen-Tracer für Kohlenstoff und Stickstoff verwendet. So konnten sowohl der Verbleib der Aminogruppe als auch die Kohlenstoffketten der Aminosäuren verfolgt werden. Diese Markierung wurde durch die Zugabe von doppelt markierten Aminosäuren zum Futter von Legehennen erreicht. Viertens wurden die Versuchspersonen dazu angehalten, 5 Tage vor der Studie eine definierte Diät mit 14 % Protein zu sich zu nehmen.
Die Autoren berechneten, dass ∼18 g (79 %) der 23 g aufgenommenen Proteins durch Desaminierung verbraucht werden konnten; diese Kohlenstoffskelette standen also für die Glukoneogenese und die Freisetzung neuer Glukose in den Kreislauf zur Verfügung. Der Rest wurde vermutlich für die neue Proteinsynthese verwendet.
Die Gesamtmenge an Glukose, die aus allen Quellen in den Kreislauf gelangte, wurde auf 50 g über den Zeitraum von 8 Stunden berechnet. Allerdings konnten nur 4 g (8 %) dem aufgenommenen Protein zugeordnet werden. Dies war weniger als das theoretische Maximum, aber wie die Autoren betonen, war die fraktionierte Umwandlung dieselbe, die wir zuvor nach der Einnahme von Kasein festgestellt hatten (11). Dies deutet auf einen stark regulierten Prozess hin. Der verbleibende desaminierte Aminosäurekohlenstoff erschien als CO2, d. h. er wurde direkt als Brennstoff oxidiert.
Die Daten sind überzeugend, müssen aber im Zusammenhang mit dem Fehlen einer randomisierten, gekreuzten 8-Stunden-Fastenkontrollgruppe interpretiert werden. Außerdem wiesen die Probanden eine negative Stickstoffbilanz auf (31 g oxidiertes Protein/23 g aufgenommenes). Weitere Studien mit größeren Proteinmengen bei Probanden, die entweder an eine proteinreiche Ernährung (∼30 % der Nahrungsenergie) angepasst sind oder nicht, wären von Interesse.
Insgesamt weisen diese Daten eindeutig darauf hin, dass die endogene Produktion und die Zufuhr von Glukose in den Blutkreislauf aus Nahrungsprotein relativ gering sind. Die Regulierungsmechanismen, die die Aufteilung des Verbleibs der aus der Nahrung stammenden Aminosäuren zwischen neuer Proteinsynthese, Desaminierung, direkter Oxidation als Brennstoff oder Umwandlung in Glukose und Glukosefreisetzung in den Kreislauf steuern, müssen noch bestimmt werden.