Renal transport of amino acids

Summary According to recent experimental data the renal transport of amino acids (AA) is characterized as follows. 1.Kinetics: Several reabsorption systems remove AA from the tubular fluid by active transport with Michaelis-Menten type kinetics. Passive diffusion does play only a relatively small role in reabsorption, but determines the pump leak steady state concentration at the end of the tubule. 2.Stereospecificity: Except for aspartate the naturally occurring L-analogs show a much larger affinity to the transport carriers than the D-isomers do. 3.Specificity: Separate transport mechanisms exist for a) the acidic AA (Glu and Asp); b) the dibasic AA (Arg, Lys, Orn); c) cystine/cysteine; d) the imino acids (Pro, OH-Pro and other N-substituted AA); e) the - and -AA (-Ala, GABA, Taurine); f) all other neutral AA. For the group (d) and maybe also for (b) and glycine additional low capacity/high affinity systems exist. 4.Localization: Except for glycine and taurine under normal conditions more than 80% of the filtered load are reabsorbed within the first third of the proximal tubule. At an elevated load the rest of the proximal tubule (including pars recta) but not the distal nephron is included into the reabsorptive process. AA are also taken up from the peritubular blood. 5.Energy sources: At least the main part of AA uptake at the brushborder membrane is dependent from a transmembranal Na⁺-gradient which in turn is established by the ATP driven Na⁺-pumps at the basolateral side of the cell (Secondary active transport or co-transport of AA). 6.Biochemistry: The biochemical nature of the AA-carriers is unknown. The recent hypothesis that a -glutamyl cycle plays a major role in this context has been disproved to great extent. 7.Peptides: Oligopeptides (Angiotensin, Glutathion) filtered at the glomerulum are hydrolyzed by brushborder peptidases within the tubule lumen. The splitting products, the free constituent amino acids, are reabsorbed subsequently by their respective transport systems.

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Zusammenfassung Der renale Transport von Aminosäuren (AS) läßt sich heute folgendermaßen charakterisieren:1. Kinetik: AS werden durch aktive Transportmechanismen aus dem Tubulus resorbiert. Passive Diffusion spielt dabei nur insofern eine Rolle, daß sie entscheidend die Gleichgewichtskonzentration, bei der Resorption gleich Rückdiffusion ist, am Ende des proximalen Tubulus bestimmt.2. Stereospezifität: Ausgenommen die Asparaginsäure haben die natürlich vorkommenden L-AS eine höhere Affinität zum Transportsystem als die jeweiligen D-Formen.3. Spezifität: Getrennte Transportsysteme existieren für a) die sauren AS (Glu, Asp), b) die dibasischen AS (Arg, Lys, Orn), c) Cystin/Cystein, d) die sog. Iminosäuren (Pro, OH-Pro und andere, N-substituierte AS), e) die - und -AS (-Ala, GABA, Taurin), f) alle anderen neutralen AS. Für die Gruppe (d) und evtl. auch für (b) und Glyzin gibt es zusätzliche Systeme mit niedriger Kapazität, aber hoher Affinität.4. Lokalisation: Normalerweise werden mehr als 80% der filtrierten AS-Menge innerhalb des ersten Drittels des proximalen Tubulus resorbiert (Ausnahme: Glyzin, Taurin). Erhöht sich die filtrierte AS-Menge, kann der Rest des proximalen Tubulus (incl. pars recta), nicht jedoch das distale Nephron, zur Resorption herangezogen werden. Die Tubuluszelle nimmt AS auch aus dem peritubulären Kapillarblut auf.5. Energiebereitstellung: Der Bergauf-Transport der AS in die Tubuluszelle wird durch das einströmende Na⁺ getrieben (Co-Transport), dessen Gradient wiederum durch die ATP-getriebenen, peritubulären Na⁺-Pumpen aufrechterhalten wird (Sekundär-aktiver Transport).6. Biochemie: Die chemische Natur der AS-Transportsysteme ist unbekannt. Die Hypothese, daß ein sog. -Glutamyl-Zyklus dabei eine wesentliche Rolle spielt, ist nicht mehr haltbar.7. Peptide: Oligopeptide (Angiotensin, Glutathion u.a.) werden nach der glomerulären Filtration innerhalb des Tubuluslumens durch Bürstensaum-Peptidasen hydrolysiert. Die dabei freigesetzten AS werden gleich anschließend durch ihre jeweiligen Transportsysteme resorbiert.