Aminosäuren können im Körper auf 3 verschiedene Arten verstoffwechselt werden. Sie können 1) recycelt werden, um neue Proteine zu synthetisieren; 2) mit Cofaktoren und Substanzen reagieren, wodurch Aminosäurederivate entstehen; oder 3) in ihre funktionellen Gruppen und Kohlenstoffgerüste katabolisiert werden. Durch die Transaminierung können nicht-essenzielle Aminosäuren bereitgestellt werden. Bei der Desaminierung wird Ammoniak freigesetzt, welcher in den Harnstoffzyklus gelangt. Als weiteren Abbauweg gibt es den Weg der Decarboxylierung, wodurch biogene Amine entstehen (z.B. Histamin). Der Abbau des Kohlenstoffskeletts führt je nach Aminosäure zu unterschiedlichen katabolen Produkten. Anhand dieser werden die Aminosäuren in glucogene, ketogene und gemischt glucogene und ketogene Aminosäuren aufgeteilt.
Aktualisiert: Feb 17, 2023
Verstoffwechselung der Aminosäuren über 3 Stoffwechselwege möglich:
Schematische Darstellung des Aminosäurestoffwechsels, einschließlich der 3 Hauptwege: Wiederverwendung bei der Synthese neuer Proteine, Reaktion mit Cofaktoren zur Herstellung von Aminosäurederivaten und zur Energiegewinnung. Der Abbau von Aminosäuren umfasst die Entfernung funktioneller Gruppen und den Abbau der Kohlenstoffgerüste.
Bild von Lecturio.Aminosäuren können zur Synthese vieler Stoffe verwendet werden. Das Bild unten zeigt die wichtigsten von Aminosäuren abgeleiteten Substanzen beim Menschen.
Die Transaminierung ist die Übertragung einer Aminogruppe von einer Aminosäure auf eine Alpha-Ketosäure (anstelle einer Alpha-Amino-Gruppe (NH 2) besitzt diese eine Alpha-Keto-Gruppe (=O)).
Dieser Prozess ist bedarfsabhängig. Wenn ein Aminosäure-Typ im Überschuss vorhanden ist, kann die Aminogruppe dieser Aminosäure übertragen werden, um andere Aminosäure-Typen herzustellen, die der Körper derzeit dringender benötigt.
Alle gängigen Aminosäuren können über den Weg der Transamination reagieren, außer Lysin, Threonin, Prolin und Hydroxyprolin, die über eine Dehydrogenase katabolisiert werden.
Schematische Darstellung der Transaminierungsreaktionen von Aspartat und Glutamat (Glutaminsäure):
Aminogruppen: rot hervorgehoben
Ketogruppen: grün hervorgehoben
Beide Enzyme katalysieren reversible Reaktionen, die für den Transport von Stickstoff aus dem Gewebe in die Leber und in den Harnstoffzyklus essenziell sind.
Ping-Pong-Mechanismus der PALP-abhängigen enzymkatalysierten Transaminierung. Die Aminotransferase-Reaktion erfolgt in 2 Schritten, bestehend aus 3 Teilen: Transaminierung, Tautomerisierung und Hydrolyse. Im ersten Schritt wird die Alpha-Aminogruppe der Aminosäure auf PALP übertragen, wodurch eine Alpha-Ketosäure und Pyridoxaminphosphat (PAMP) entstehen. In dem zweiten Reaktionsschritt wird die Aminogruppe von PAMP auf eine andere Alpha-Ketosäure übertragen, wodurch eine neue Alpha-Aminosäure und PALP enstehen.
Bild von Lecturio.Reaktionsschritte:
Die Desaminierung ist eine Reaktion, bei der eine Aminogruppe von einer Aminosäure entfernt und dadurch freies zytotoxisches Ammoniak freigesetzt wird:
Ammoniak → Ammonium → Harnstoff (Harnstoffzyklus in der Leber)
1. Oxidative Desaminierung
Schematische Darstellung der oxidativen Desaminierungsreaktion von Glutamat. Die stickstoffhaltigen funktionellen Gruppen sind rot hervorgehoben.
Bild von Lecturio.2. Hydrolytische Desaminierung
H₂O reagiert mit der Aminogruppe → irreversible Bindung einer OH-Gruppe → Abspaltung der Aminogruppe in Form von Ammoniak
Schematische Darstellung einer hydrolytischen Desaminierungsreaktion. Die stickstoffhaltigen funktionellen Gruppen sind rot hervorgehoben.
Bild von Lecturio.3. Eliminierende Desaminierung:
Schematische Darstellung der eliminierenden Desaminierungsreaktion von Serin. Die stickstoffhaltigen funktionellen Gruppen sind rot hervorgehoben, während das Wassermolekül (H 2 O) und seine Komponenten grün hervorgehoben sind.
Bild von Lecturio.Schematische Darstellung der Decarboxylierungsreaktion von Histidin zu Histamin
Bild von Lecturio.Der Katabolismus von Aminosäuren beinhaltet anaplerotische Reaktionen (chemische Reaktionen, die Substrate des Citratzyklus bilden).
Der Abbau des Kohlenstoffgerüsts von Aminosäuren kann nach den Stoffwechselwegen klassifiziert werden, für die ihre katabolen Produkte als Zwischenprodukte dienen.
Glucogene Aminosäuren | Ketogene Aminosäuren | Glucogene/ketogene Aminosäuren |
---|---|---|
|
|
|
Alle Aminosäuren werden in 1 von 6 Zwischenprodukten zerlegt (siehe grüne Kästchen in der nachfolgenden Grafik): Pyruvat, Acetyl-CoA, Oxalacetat, Alpha-Ketoglutarat, Succinyl-CoA und Fumarat.
Die 3 Kategorien kataboler Produkte von Aminosäuren: glucogen (grün), ketogen (rot) und sowohl glucogen als auch ketogen (blau). Der Glukose-Pyruvat-Weg auf der linken Seite repräsentiert die Glykolyse und die Glukoneogenese. Der rechte Zyklus repräsentiert den Citratzyklus. Alle Aminosäuren werden in 1 von 6 Zwischenprodukten (grüne Kästchen) zerlegt: Pyruvat, Acetyl-CoA, Oxalacetat, Alpha-Ketoglutarat, Succinyl-CoA und Fumarat.
Bild von Lecturio.Glucogene Aminosäuren
Metabolisierung zu Pyruvat oder zu Metaboliten des Citratzyklus:
Katabolische Produkte wandern entweder zur Energiegewinnung in den Citratzyklus oder werden als Substrate für die Gluconeogenese verwendet.
Ketogene Aminosäuren
Direkte Metabolisierung zu Acetyl-CoA → 1 von 3 möglichen Stoffwechselwegen:
Glucogene und ketogene Aminosäuren
Metabolisierun zu Zwischenprodukten von lipidischen sowie glucogenen Stoffwechselwegen:
Stoffwechselwege der Kohlenstoffgerüste von Aminosäuren:
Die folgenden Erkrankungen entstehen durch Störungen des Aminosäurestoffwechsels. Einige der aufgeführten Erkrankungen sind Teil des Neugeborenenscreenings (Phenylketonurie, Ahornsirupkrankheit, Tyrosinämie Typ 1).