Bitte logge Dich ein, um diesen Artikel zu bearbeiten.
Bearbeiten

Aminosäurestoffwechsel: Unterschied zwischen den Versionen

K
K (Änderungen von 3C3738B759ED5 (Diskussion) wurden auf die letzte Version von Emrah Hircin zurückgesetzt)
 
(10 dazwischenliegende Versionen von 4 Benutzern werden nicht angezeigt)
Zeile 1: Zeile 1:
 
==Definition==
 
==Definition==
Der '''Aminosäurenstoffwechsel''' umfasst die biochemischen Vorgänge bei [[Synthese]], Abbau und Umwandlung von Aminosäuren.
+
Der '''Aminosäurenstoffwechsel''' umfasst die biochemischen Vorgänge bei [[Synthese]], Abbau und Umwandlung von [[Aminosäure]]n.
  
==Aufbau und Klassifikation von Aminosäuren==
+
==Grundsätzliche Stoffwechselwege==
[[Aminosäure]]n sind [[Carbonsäure]]n, an deren Alpha-Kohlenstoffatom eine [[Aminogruppe]] sitzt.
+
Aminosäuren dienen als Baustein für die Synthese aller [[Protein]]e. Sie wirken zudem als [[Stickstoff]]donor bei der Synthese stickstoffhaltiger Verbindungen. Einzelne Aminosäuren sind Vorstufen von [[Neurotransmitter]]n und [[Hormon]]en (z.B. [[Catecholamin]]e).
  
Aminosäuren können dementsprechend nach folgenden Kriterien eingeteilt werden:
+
Aminosäuren können als Grundbausteine für die [[Gluconeogenese]] verwendet werden.
* nach der Art ihrer Seitenkette
+
* proteinogen oder nicht
+
* essentiell oder nicht
+
* glucogen oder ketogen
+
 
+
''Weitere Informationen: [[Aminosäure]]''
+
  
 
==Bildung und Abbau von nichtessentiellen Aminosäuren==
 
==Bildung und Abbau von nichtessentiellen Aminosäuren==
Die Bildung nichtessentieller Aminosäuren findet in der Leber statt und benötigt dafür Alpha-Ketosäuren, die aus Fettsäuren mittels der Beta-Oxidation bereitgestellt werden. Eine wichtige Rolle spielt bei diesem Vorgang das Coenzym Pyridoxalphosphat (PALP), das ein Derivat des Vitamin B6 ist.  
+
Die Bildung nichtessentieller Aminosäuren findet in der Leber statt und benötigt dafür Alpha-Ketosäuren, die aus [[Fettsäure]]n 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:  
 
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
+
* Die [[Aldehydgruppe]] des PALP bildet mit der [[Aminogruppe]] der Säure unter Wasserabspaltung eine [[Schiff-Base]], die durch eine kationische Gruppe im aktiven Zentrum des [[Enzym]]s 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.
 
* 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.
  
 
==Transaminierungsreaktionen==
 
==Transaminierungsreaktionen==
Bei der Transaminierung erfolgt im zweiten Schritt der Reaktion der Zerfall der Ketiminformation, wobei unter Wiederaufnahme des Wassers eine -Ketosäure entsteht, während die Aminogruppe beim PALP verbleibt, das nun den Namen Pyridoxaminphosphat (PAMP) erhält. PAMP reagiert nun mit einer anderen -Ketosäure und bildet unter erneuter Wasserabspaltung die Ketiminformation, die unter Wiederaufnahme des Wassers zu einer neuen Aminosäure und PALP zerfällt. Entsprechende Enzyme –Transaminasen- dafür sind die
+
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.  
 Aspartat-Aminotransferase oder Glutamat-Oxalacetat-Transaminase (ASAT/GOT), die folgende Reaktion katalysiert: Aspartat + -Ketoglutarat Oxalacetat + Glutamat.
+
 
 Bedeutung: Einspeisung von -Ketoglutarat in den Fettsäurestoffwechsel (dehydrierende Decarboxylierung) und Einspeisung des Aspartats in den Aspartatzyklus (Bildung von Reduktionsäquivalenten, Malat für Citratzyklus und Ausgang für verschiedene Biosynthesen).
+
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.  
 und die Alanin-Aminotransferase oder Glutamat-Pyruvat-Transaminase (ALAT/GPT), die für folgende Reaktion zuständig ist: Alanin + -Ketoglutarat  Pyruvat + Glutamat.
+
 
 Bedeutung: Abbau des anfallenden Pyruvats in der Glycolyse oder Bildung von Pyruvat für die Gluconeogenese und zudem für den Aspartatzyklus.
+
Die Transaminierungsreaktionen erfolgen unter enzymatischer Katalyse der [[Transaminase]]n [[Aspartat-Aminotransferase]] (AST) und [[Alanin-Aminotransferase]] (ALT). Dabei entstehen als Reaktionsprodukte der Transaminierungsreaktion jeweils Glutamat und [[Pyruvat]] bzw. [[Oxalacetat]].
Wie man sieht, sind beide Reaktionen reversibel, je nachdem, welche der Komponenten gerade "im Angebot" ist bzw. benötigt wird. Die Enzyme kommen als Isoformen vor, die sowohl im Mitochondrium der Leberzellen, 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).
+
 
 +
Die Reaktionen sind reversibel, die Reaktionsrichtung wird durch den Bedarf an Reaktionsprodukten gesteuert. Die Enzyme kommen als [[Isoform]]en vor, die sowohl im [[Mitochondrium]] der [[Hepatozyt]]en, 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]]).
  
 
==Desaminierungsreaktionen==
 
==Desaminierungsreaktionen==
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 am Gehirn und 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.
+
Bei einer Desaminierungsreaktion wird die Aminogruppe der betreffenden Aminosäure abgespalten und in Form von [[Ammoniak]] weiterverwendet. Ammoniak ist für die [[pH-Wert|pH]]-Regulation des Blutes von essentieller Bedeutung, entfaltet jedoch schon in geringer Konzentration toxische Wirkungen am Gehirn und 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.
  
===Eliminierung===
+
Die Desaminierung erfolgt oxidativ oder nichtoxidativ.
 Bei diesem Vorgang bildet entweder Serin oder Threonin mit PALP eine Schiff-Base (s.o. 2.).
+
 Es wird vom -C-Atom der Aminosäure ein Proton abgespalten.
+
 Daraufhin wird die OH-Gruppe am Atom als OH--Ion abgespalten und vereinigt sich mit dem Proton zu Wasser.
+
 Die Schiff-Base wird wieder hydrolysiert und die entstandene Säure zu einer instabilen Iminosäure umgewandelt, die unter Wasserzugabe zu einer -Ketosäure und Ammonium zerfällt.
+
 Das entsprechende Enzym ist –wegen der Wasserabspaltung am Anfang- eine Dehydratase.
+
 Auch Cystein kann auf diesem Wege abgebaut werden, wobei statt Wasser Schwefelwasserstoff entsteht.
+
  
===Desaminierungsreaktionen in der Niere: pH-Regulation durch Ammonium===
+
===Oxidative Desaminierung===
Im Stoffwechsel des Menschen entstehen pro Tag 50-100 mMol nichtflüchtige Säuren, deren Protonen über die Niere ausgeschieden werden müssen, was entweder durch den aktiven Na+/H+-Austausch oder durch die Bildung von Ammoniak geschieht, das dann ebenfalls über die Na+/H+-Pumpe in den Urin abgegeben wird. Die Bildung des Ammoniaks erfolgt auf zwei unterschiedliche Weisen:
+
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.
1. Möglichkeit
+
 Durch mitochondriale Glutaminase wird aus Glutamin unter Wasserzuführung Glutamat erzeugt. Ein Ammoniakmolekül wird abgespalten.
+
2. Möglichkeit
+
 Durch den Glutaminase-II-Enzymkomplex wird eine beliebige -Ketosäure mit Glutamin zu einer -Aminosäure und -Ketoglutaramat umgesetzt. Von diesem wird unter Wasserzugabe ein Ammonium-Ion abgespalten und es entsteht -Ketoglutarat.
+
  
==Corizyklus==
+
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.
 Im Falle plötzlicher maximaler Arbeitsleistung durch die Muskelzelle kann die zugeführte Glucose aufgrund des Sauerstoffmangels nicht vollständig oxidiert werden, sondern wird nur bis zum Lactat abgebaut, das in der Leber zu Pyruvat oxidiert und in die Gluconeogenese eingeschleust wird, welche wieder der Muskelzelle zur Verfügung steht.  
+
 Aus der Muskelzelle kann Pyruvat auch direkt ins Blut sezerniert oder aber mittels der ALAT/GPT in Alanin umgewandelt werden, das in der Leber –ebenfalls durch ALAT/GPT- in Pyruvat zurückgewandelt wird. Auf diesem Wege können Leber und Muskel auch Alanin aus Proteinen zur Gluconeogenese nutzen bzw. bereitstellen; Alanin wird daher als eine glucoplastische Aminosäure bezeichnet.
+
 Der o. g. Mechanismus heißt Corizyklus, während der Teilaspekt der Produktion von Glucose aus Alanin Glucose-Alaninzyklus genannt wird.
+
 In Phasen der Ruhe können die Proteinreserven entsprechend aus Glucose über den Zwischenschritt Pyruvat wiederaufgebaut werden.
+
  
==Glucogene und ketogene Aminosäuren==
+
===Nichtoxidative Desaminierung===
Essentielle Aminosäuren werden in der Leber durch Transaminierung (ausgenommen Tryptophan) oder durch nichtdehydrierende Desaminierung  (Threonin) zu -Ketosäuren umgebaut. Diese werden der dehydrierenden Decarboxylierung unterworfen, d. h. es entstehen aliphatische Carbonsäuren, die ein C-Atom weniger besitzen und an CoA–SH als Thioester gebunden werden. Die entstandenen Produkte werden entweder direkt oder durch Oxidation in den Citrat-Zyklus eingespeist oder aber direkt zur Darstellung von Glucose oder Ketokörpern bzw. Fettsäuren genutzt. Entsprechend kann man die essentiellen Aminosäuren in glucogene oder ketogene einteilen (s. Anh. 3) So wird z. B. Tryptophan zu Alanin und weiter zu Pyruvat abgebaut, daß in die Gluconeogenese einfließt, während beispielsweise Lysin zu Acetyl-CoA abgebaut wird. Einige Aminosäuren sind sowohl keto- als auch glucogen, wie z. B. Phenylalanin, daß zu Fumarat (geht in den Citratzyklus ein und wird als Oxalacetat in der Gluconeogenese verwertet) und auch zu Acetacetat abgebaut wird.
+
Die Aminosäuren Cystein, Threonin, Serin, Histidin und Glycin werden nicht oxidativ unter Bildung von Ammoniak desaminiert.
Die einzige Ausnahme beim Abbau der essentiellen Aminosäuren macht Histidin, das zu Glutamat umgewandelt wird.
+
  
 
==Quellen==
 
==Quellen==
 
# 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
 
# 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
 +
[[Fachgebiet:Biochemie]]

Aktuelle Version vom 12. Januar 2020, 22:44 Uhr

1 Definition

Der Aminosäurenstoffwechsel umfasst die biochemischen Vorgänge bei Synthese, Abbau und Umwandlung von Aminosäuren.

2 Grundsätzliche Stoffwechselwege

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.

3 Bildung und Abbau von nichtessentiellen Aminosäuren

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.

4 Transaminierungsreaktionen

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).

5 Desaminierungsreaktionen

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 am Gehirn und 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.

5.1 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.

5.2 Nichtoxidative Desaminierung

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

6 Quellen

  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

Fachgebiete: Biochemie

Diese Seite wurde zuletzt am 12. Januar 2020 um 22:44 Uhr bearbeitet.

Um diesen Artikel zu kommentieren, melde Dich bitte an.

Klicke hier, um einen neuen Artikel im DocCheck Flexikon anzulegen.

Letzte Autoren des Artikels:

13 Wertungen (4.38 ø)

76.368 Aufrufe

Copyright ©2021 DocCheck Medical Services GmbH | zur mobilen Ansicht wechseln
DocCheck folgen: