Aminosäurestoffwechsel

Aminosäuren dienen als Baustein für die Synthese aller Proteine. Sie wirken zudem als Stickstoffdonor bei der Synthese stickstoffhaltiger Verbindungen. Einzelne Aminosäuren sind Vorstufen von Neurotransmittern und Hormonen (z.B. Catecholamine).

Aminosäuren können als Grundbausteine für die Gluconeogenese verwendet werden.

Die Bildung nichtessentieller Aminosäuren findet in der Leber statt und benötigt dafür Alpha-Ketosäuren, die aus Fettsäuren mittels der Beta-Oxidation bereitgestellt werden.

Aminogruppen werden von Aminosäuren auf Alpha-Ketosäuren übertragen. Eine wichtige Rolle spielt bei diesem Vorgang das Coenzym Pyridoxalphosphat (PALP), das ein Derivat des Vitamin B6 ist.

Generell liegt dabei folgender Reaktionsmechanismus vor:

• Die Aldehydgruppe des PALP bildet mit der Aminogruppe der Säure unter Wasserabspaltung eine Schiff-Base, die durch eine kationische Gruppe im aktiven Zentrum des Enzyms stabilisiert ist.
• Danach erfolgt durch die elektrophile Wirkung des Stickstoffs im Pyridinring des PALP und der kationischen Gruppe die Bildung einer Ketiminformation, die jedoch nicht stabil ist und daher umgewandelt wird: Entweder findet eine Transaminierung oder eine Desaminierung statt.

Bei der Transaminierung erfolgt im zweiten Schritt der Reaktion der Zerfall der Ketiminformation, wobei unter Wiederaufnahme des Wassers eine Alpha-Ketosäure entsteht, während die Aminogruppe beim PALP verbleibt, das nun den Namen Pyridoxaminphosphat (PAMP) erhält.

PAMP reagiert nun mit einer anderen Alpha-Ketosäure und bildet unter erneuter Wasserabspaltung die Ketiminformation, die unter Wiederaufnahme des Wassers zu einer neuen Aminosäure und PALP zerfällt.

Die Transaminierungsreaktionen erfolgen unter enzymatischer Katalyse der Transaminasen Aspartat-Aminotransferase (AST) und Alanin-Aminotransferase (ALT). Dabei entstehen als Reaktionsprodukte der Transaminierungsreaktion jeweils Glutamat und Pyruvat bzw. Oxalacetat.

Die Reaktionen sind reversibel, die Reaktionsrichtung wird durch den Bedarf an Reaktionsprodukten gesteuert. Die Enzyme kommen als Isoformen vor, die sowohl im Mitochondrium der Hepatozyten, als auch im Zytosol lokalisiert sind und unterschiedlichen Steuerungsmechanismen unterliegen. Klinisch bedeutsam ist, dass bei einem Leberschaden die beiden Enzyme aus den zerstörten Zellen ins Blut austreten und daher zu diagnostischen Zwecken genutzt werden können (weiteres Vorkommen im Myokard und im Gehirn).

Bei einer Desaminierungsreaktion wird die Aminogruppe der betreffenden Aminosäure abgespalten und in Form von Ammoniak weiterverwendet. Ammoniak ist für die pH-Regulation des Blutes von essentieller Bedeutung, entfaltet jedoch schon in geringer Konzentration toxische Wirkungen, v.a. am Gehirn. Ein Beispiel ist die hepatische Enzephalopathie. Er wird daher in der Leber zu Harnstoff verstoffwechselt und ausgeschieden. Es wird auch direkt aus dem Colon aufgenommen, in dem es von der Darmflora durch Harnstoffabbau erzeugt wird.

Die Desaminierung erfolgt oxidativ oder nichtoxidativ.

Oxidative Desaminierung

Bei der oxidativen Desaminierung wird Glutamat durch die Glutamatdehydrogenase in Alpha-Ketoglutarat und Ammoniak zersetzt. Dadurch können Aminogruppen, die sich durch die Wirkung der Transaminasen im Glutamat gesammelt haben, durch eine Reaktion in Ammoniak überführt und dem Harnstoffzyklus zugeleitet werden.

Andererseits kann bei einem Überangebot an Ammoniak durch die Glutamatdehydrogenase Alpha-Ketoglutarat in Glutamat umgesetzt werden. Glutamat kann so für die Aminotransferasen als Aminogruppenspender dienen und bei der Synthese von nicht-essentiellen Aminosäuren genutzt werden.

Nichtoxidative Desaminierung

Die Aminosäuren Cystein, Threonin, Serin, Histidin und Glycin werden nicht oxidativ unter Bildung von Ammoniak desaminiert.

1. Löffler, Petrides (Hrsg.): Biochemie und Pathobiochemie; Berlin, Heidelberg, New York 20037; S. 465-467, 470, 472, 473, 475, 481, 483, 484, 505, 506, 573, 574, 922, 923