Rolle der Aminosäuren im Stoffwechsel

Rolle der Aminosäuren im Stoffwechsel
freie AS aus zugeführtem
Protein und
hydrolysiertem
Körperprotein = 0.05 %
70 g
Im Gegensatz zu
Fettsäuren und
Glucose sind freie AS
NICHT speicherbar
70-80 % davon
im Muskel!
Resorption und Verteilung der Aminosäuren
im Organismus
• Darm: Verlust essentieller AS,
besonders Thr (Bestandteil
proteolyse-resistenter Mucine in
endothelialen Schleimschichten!)
• Mucosa:
Glu, Gln, Asp Æ Energie
Arg Æ Citrullin
• Niere: Arg-Synthese
• zentrale Rolle der Leber:
Leber
Proteinbiosynthese und -abbau
Ketosäuren Æ Fettsäuren, Glucose
Ammoniak Æ Harnstoff
genaue Menge
nicht resorbierter
AS unbekannt
• Muskulatur:
nimmt v.a. verzweigtkettige AS auf:
Val, Leu, Ile
Aminosäuren - Hauptabbauwege
Aminosäuren
Transaminierung
α-Ketosäuren
dehydrierende
Decarboxylierung
oxidative Desaminierung
(Glutamat-DH)
biogene Amine
NH3
Harnstoffzyklus
Niere - Urin
Fettsäure-Thioester
(Acetyl-CoA)
Decarboxylierung
Oxidation
(Aminoxidasen)
Fettsäuren
Citrat-Zyklus: je nach Stoffwechsellage
Æ Abbau zu CO2 + H20 oder
Æ Aufbau von Kohlenhydraten, Fetten...
AS-Abbau: 1. Stickstoff (N2) - Abspaltung
Generelles:
nicht benötigte AS werden abgebaut (normal: < 50 %)
bei Säugern: AS-Abbau hauptsächlich in der Leber
aber auch periphere Organe können AS zum Energiegewinn (ATP-Bildung) zu
CO2, H2O und NH3 abbauen
in Energieübertragungswegen
kommen keine StickstoffEnergieübertragung
Stickstoff
haltigen Verbindungen vor Æ Aminogruppe entfernen
durch Transaminierung und oxidative Desaminierung
Ammoniak (NH3) ist cytotoxisch Æ muss entgiftet werden
Die zentralen Aminoäuren und
ihre zugehörigen α-Ketosäuren (α-KS)
• sind am häufigsten an
Umbaureaktionen
(Transaminierungen)
beteiligt
• hohe intrazelluläre
Konzentration dieser AS:
10- bis 50-fach erhöht
gegenüber Plasma
Transaminierung
Prinzip der Reaktion:
AS
α-KG
α-KS
Glu
• Aminogruppe (-NH2) wird auf α-Ketoglutarat (α-KG;
= 2-Oxo-glutarat) übertragen: AS Æ α-KS
• abhängig von Pyridoxalphosphat (PALP)
• reversibel Æ AS-Synthese aus α-KS
ABER:
ABER:für
fürLysin
Lysin(Lys,
(Lys,K)
K)und
undThreonin
Threonin(Thr,
(Thr,T):
T):
keine
keineAminotransferasen
Aminotransferasen
Die beiden wichtigsten Aminotransferasen
AspartatAminotransferase
(AST, ASAT, GOT =
Glutamat-OxalacetatTransaminase)
AlaninAminotransferase
(ALT, ALAT, GPT =
Glutamat-PyruvatTransaminase)
••hohe
hoheKonzentration
Konzentrationdieser
dieserEnzyme
Enzymein
inLeber,
Leber,Myocard,
Myocard,Hirn
Hirn
••Isoformen
Isoformenin
inCytosol
Cytosolund
undMitochondrien
Mitochondrien Æ
ÆDiagnostik
Diagnostik
Pyridoxalphosphat (PLP, PALP)
Vitamin B6 = Pyridoxal
leicht
sauer
leicht
basisch
substituiertes Pyridin
Aldehydgruppe bildet kovalente Schiff-Basen:
prosthetische
Gruppe
(Coenzym)
z.B. in
Aminotransferasen
Mechanismus der PALP-abhängigen
Transaminierung
an der Aldehydgruppe des PALP:
protoniertes PALP wirkt als Elektronenfalle
Amino-Stickstoff
Amino-Stickstoffwird
wirdnicht
nichtfrei!
frei!
PALP-abhängige Reaktionen
Spaltung der Bindung a), b) oder c)
c) Aldolasen:
Aldolspaltung
(Glycin vom Rest
der AS abgespalten)
a) Aminotransferasen:
Transaminierung
(AS + α-KG Æ α-KS + Glu)
b) Decarboxylasen:
Decarboxylierung
(AS Æ Amin + CO2)
weitere Reaktionen:
Dehydratasen = Desaminasen: α-,ß-Eliminierung (AS Æ α-KS + NH3)
PALP-abhängige Reaktionen: im AS-Stoffwechsel, in der HämoglobinBiosynthese, bei der GABA-Biosynthese, im Glycogen-Abbau
PALP-abhängige Decarboxylierung
Spaltung
Spaltungzwischen
zwischenα-C
α-Cund
und
Carboxylgruppe
Carboxylgruppe
Æ
ÆFreisetzung
Freisetzungdes
desAmins
Amins
und
undCO
CO2
Ox
2
DAO
Säure
Aminosäure
Amin
Vorkommen
Cystein (Cys, C)
Cysteamin
Coenzym A
Asparaginsäure (Asp, D)
ß-Alanin
Coenzym A
Glutaminsäure (Glu, E)
γ-Aminobuttersäure (GABA)
Neurotransmitter
Histidin (His, H)
Histamin
Mediator, Hormon
Dihydroxy-Phenylalanin (DOPA)
Dopamin
Neurotransmitter
Tryptophan (Trp, W)
Tryptamin
Hormon
5-Hydroxy-Tryptophan
Serotonin
Neurotransmitter
α-,ß-Eliminierung und
Spaltung
Spaltungder
derBindungen
Bindungenzwischen
zwischen
α-C
α-Cund
undseinem
seinemHHsowie
sowie
ß-C
und
seinem
Substituenten
ß-C und seinem Substituenten
↓↓
Eliminierung
Eliminierungvon
vonWasser
Wasser(bzw.
(bzw.HH22S)
S)
Æ
ÆIminosäure
IminosäureÆ
Æspontane
spontaneHydrolyse
Hydrolyse
zu
zuα-KS
α-KS++NH
NH3
Aldolspaltung
Spaltung
Spaltungder
derBindung
Bindungzwischen
zwischenα-C
α-C
und
undß-C
ß-C
↓↓
Glycin
Glycinvom
vom‚Rest‘
‚Rest‘der
derAminosäure
Aminosäure
abgetrennt
abgetrennt
3
[Aminoacrylat]
Abbau von Ser, Cys zu Pyruvat
Thr zu α-Ketobutyrat
auch Met, Gly, His
ß-, γ-Eliminierung bei Homoserin,
Homocystein
Folat Æ Tetrahydrofolat (FH4)
(sind Coenzyme der Purin- und
Pyrimidinsynthese und des
Met-Stoffwechsels)
Oxidative Desaminierung
wichtigste Reaktion: Glutamat-Dehydrogenase (GLDH):
• Gleichgewichtsreaktion; allosterische Aktivierung (ADP, GDP)
• Aminogruppe als NH3 freigesetzt (Æ) oder NH3 wird fixiert (Å)
• Zwischenprodukt Schiff-Base (Iminosäure) – wie bei Transaminierung
• mitochondriales Enzym
hohe
hoheKonzentration
Konzentrationder
derGLDH
GLDHin
inder
derLeber
Leber(Æ
(ÆDiagnostik)
Diagnostik)
Hyperaktive GLDH führt zu
Hypoglykämischer Hyperinsulinämie
Mutationen im GLDH-Gen: „gain-of-function“:
erhöhter Umsatz von Glu
keine Hemmung durch ATP/GTP
↓
a) ATP-Synthese =
ATP/ADP-Quotient steigt
↓
Insulin-Ausschüttung
↓
Blutglucosespiegel sinkt
b) erhöhter NH3-Spiegel
(Hyperammonämie)
Die wichtigsten NH3 liefernden Reaktionen
• oxidative Desaminierung (GLDH)
• andere Aminosäure-Desaminierungen
z.B. basische AS, α-,ß-Eliminierung, Lyasen
• Aminoxidasen (Mono-, Diaminoxidasen = MAO, DAO)
• Transaminierung von Glutamin Q:
Q + α-KS + H20 Æ α-KG + AS + NH4+
• Purinnucleotid-Desaminasen
• Pyrimidinabbau:
Pyrimidinabbau (d)CMP-Desaminase, Ringspaltungen U, T
molekulare
molekulareUrsache
Ursachefür
fürNeurotoxizität
Neurotoxizitätvon
vonNH
NH33::
Hemmung
Hemmungdes
desCitratcyclus
Citratcyclusdurch
durchα-KG-Mangel
α-KG-Mangelim
imGehirn.
Gehirn.
Ammoniak NH3
• ~ 25% des im Körper gebildeten Ammoniaks entsteht im
Darm.
• bei normalem Blut-pH (7.4): 98% NH4+ und 2% NH3:
NH3 + H20 Æ NH4+ + OH• NH3 toxisch: freie Diffusion durch Nervenzellmembran
• in Muskulatur wird NH3 z.T. aufgenommen
Î nur die arterielle Ammoniakkonzentration korreliert mit
der im ZNS, nicht die venöse!
• Entgiftung & Ausscheidung
als Harnstoff
Ammoniak-Entgiftung I
• Vermeidung der NH3 -Freisetzung:
= Übertragung von Aminogruppen auf Ketoverbindungen durch:
Aspartatzyklus
Transaminierungen:
Transaminierungen
- Aminogruppen auf
α-KG übertragen
Aspartatzyklus:
Aspartatzyklus
- ist verknüpft mit
Harnstoff-, AMP- und
Purinbiosynthese
- Aminogruppen auf
Citrullin bzw. Nukleotide
(X) übertragen
Ammoniak-Entgiftung II
• kovalente Fixierung von NH3 durch:
• GLDH (mitochondrial) Æ
Rückreaktion; zentrale
Rolle des Glutamats
ABER: Glutamat kann BlutHirn-Schranke nicht
passieren!
• Glutaminsynthetase
(ebenfalls mitochondrial)
• Harnstoffzyklus Æ
Harnstoff aus der Leber in
die Niere Æ Ausscheidung
mit Urin
Periphere Gewebe reichen Stickstoff an Leber
extrahepatische Zellen:
Zellen Transaminierungen, GLDH Æ Glutamat Æ
Glutamin-Synthetase (besonders Gehirn):
Gehirn
Glutamin
Glutaminist
istDER
DER
Transporter
Transportervon
von
Amino-Stickstoff
Amino-Stickstoff
zu
zuLeber,
Leber,Niere
Niere
Muskelzellen nutzen außerdem die Alanin-Aminotransferase Rückreaktion, um Alanin aus Pyruvat herzustellen:
Alanin
Alaninist
istdie
die
AS
ASmit
mitder
der
zweithöchsten
zweithöchsten
Plasmakonz.
Plasmakonz.
Glukose-Alanin-Zyklus:
Zusammenspiel von Muskel und Leber
• Glukose-Alanin-Zyklus
hat besondere
Bedeutung im
arbeitenden Muskel
• Gln hauptsächlich aus
Asp und Glu erzeugt =
Transporter für Kohlenstoffgerüste aus der
Proteolyse
• Niere: Glutaminase I, II
Æ NH4+ im Urin
Entgiftung des NH3 im Harnstoffzyklus
• 0.5–1.5 mol (30-90 g)
Harnstoff / Tag
• Fixierung: NH3 + CO2
• CO2 diffundiert ins
Mito Æ Carbo-Anhydrase (CA) Æ HCO3• Ornithin/Citrullin Antiport
KrebsHenseleitZyklus
• N-Acetylglutamat
= allosterischer Aktivator
(essentiell;
Schnellregulation)
• Bilanz:
NH4+ + HCO3- +
3 ATP + Asp + 2 H2O
Harnstoff + 2 ADP +
AMP + Pi + Fumarat
Zusammenspiel des Harnstoffzyklus mit
anderen Stoffwechselwegen
GLDH
E Æ α-KG + NH3
(Glutaminase
QÆE
+ NH3)
= NADH-liefernde Reaktionen
Störungen des Harnstoffzyklus
Symptome
Hyperammonämie
Enzephalopathie
respiratorische Alkalose
Ursachen
• genetische Enzymdefekte: Inzidenz ca. 1:25.000,
früher: Stickstoffreduktionskost, Zufuhr von α-Ketosäuren
• erworbene Lebererkrankungen wie Leberzirrhose
• akutes Leberversagen z.B. durch Knollenblätterpilz- oder
Paracetamolvergiftung.
Enzymdefekte im
Harnstoffzyklus
OTC-Mangel:
Mangel Carbamoyl-P
diffundiert ins Cytoplasma
→ Pyrimidinsynthese ↑
→ Orotacidurie (Diagnose)
Krankheit
Hyperammonämie I
(kongenitale
Ammoniak-Intox.)
Hyperammonämie II
Citrullinämie
Argininbernsteinsäurek. (Argininosuccinaturie)
Hyperargininämie
N-AcetylglutamatSynthasemangel
Defektes Enzym
CPS I
OTC
ArgininosuccinatSynthetase (AsS)
ArgininosuccinatLyase (AsL)
Arginase (R-ase)
AsL
R-ase
AsS
OTC
CPS I
Folge
StickstoffAnhäufung als
Glycin und Glutamin
StickstoffAnhäufung als
Citrullin
Ornithin fehlt
(ArgininosuccinatAusscheidung)
Arginin angehäuft,
Orn fehlt
N-Acetyl-glutamat- CPS I inaktiv
Synthetase
(allosterisch)
Behandlung
proteinarme Diät mit
Benzoat +
Phenylacetat Æ
Konjugation von
Glycin und Glutamin
Æ Ausscheidung
proteinarme Diät mit
viel Arg Æ OrnSynthese steigern
Diät ohne Arginin
siehe Hyperammonämie I
Einschränkung des Harnstoffzyklus durch
Leberinsuffizienz
gesund
z.B. durch Infektion, Alkohol, Medikamente Æ Leberfunktion auf 10 – 20 %
eingeschränkt
häufig Fibrosen Æ Bluthochdruck der
Pfortader (portale Hypertens.)
Bildung von Umgehungskreisläufen
(Anastomosen)
Ammoniakspiegel steigt
hepatische Enzephalopathie
(Ammoniakvergiftung des Gehirns)
Coma hepaticum
Insuffizienz
!
Diagnostik von Lebererkrankungen
Enzyme des Aminosäurestoffwechsels:
Messung der Plasmakonzentrationen
Störungen des Gallengangsystems:
• γ-Glutamyl-Transpeptidase (γ-GT) – epitheliales Enzym
erhöhte Plasmakonzentration
Leberschäden:
• Aminotransferasen (Transaminasen):
Isoenzyme in Cytosol und Mitochondrien
normale höchste Aktivitäten: Alanin-Aminotransferase (ALT)
im Cytosol, Aspartat-Aminotransferase (AST) v.a. im Mito
• Glutamat-Dehydrogenase (GLDH) im Mitochondrium
• Diagnostik: AST/ALT < 1: normal, aber auch bei Entzündung
leichte Leberschäden: Anstieg ALT
schwere Leberschäden: AST und GLDH
Harnstoff, NH3 und Säure-Basen-Haushalt
• Fixierung von NH4+ und HCO3- im Harnstoffzyklus gekoppelt
• ACIDOSE: Protonenüberschuss im Blut (pH < 7.37)
Leber: weniger Hydrogencarbonat HCO3- Æ Harnstoffsynthese ↓;
NH4+ : in Glutamin (Gln) fixiert
Niere: aus Glutamin Æ NH4+ freigesetzt Æ Ausscheidung
• ALKALOSE: Protonenmangel
im Blut (pH > 7.44)
Leber: mehr HCO3- Æ NH4+ benötigt: Hydrolyse von Gln Æ
Harnstoffsynthese↑;
Niere: Glukoneogenese gestoppt
(keine Gln-Desaminierung) Æ
keine Kopplung von H+ an NH3
Æ Protoneneinsparung
Niere
Zusammenfassung
Stationen der Ammoniakentsorgung:
Gewebe: Fixierung von NH3
in Glu und Gln
Leber: Harnstoffzyklus
Niere:
Freisetzung von NH3 aus
Gln, Ausscheidung von
Harnstoff (Urea) und NH4+
Aminosäureabbau: 2. Kohlenstoffgerüste
Die 20 Standard-AS werden über 7 Moleküle in den CC eingespeist:
CitratCyclus
Hämsynthese
Fettsäuren
Abbau essentieller und bedingt essentieller AS
nach Entfernung der Amino (NH2-)-Gruppe Æ dehydrierende Decarboxylierung
Amino- glucogenes
ketogenes
Bemerkungen
säure
Abbauprodukt
Abbauprodukt
Lysin
2x Acetyl-CoA irreversible Transaminierung
Methio- Succinyl-CoA
abhängig von Vitamin B6, B12
nin
Cys Æ Pyruvat
und Folsäure
ThreoSuccinyl-CoA
Acetaldehyd Æ 2 Wege: α, ß-Eliminierung
nin
Gly Æ Æ Pyruvat
Acetyl-CoA
oder Aldolspaltung
Isoleucin Succinyl-CoA
Acetyl-CoA
Valin
Succinyl-CoA
Leucin
Acetyl-CoA,
über ß-Hydroxy-ß-methylAcetoacetat
glutaryl-CoA (HMG-CoA) Æ
Cholesterolsynthese
Phenyl- Tyrosin ÆFumarat Acetoacetat
Tetrahydrobiopterin-,
alanin
Ascorbinsäure-abhängig
Tyrosin Fumarat
Acetoacetat
Trp
Alanin Æ Pyruvat 2x Acetyl-CoA PLP-abhängig
Histidin α-Ketoglutarat
PLP-abhängig
Cystein Pyruvat
-
*
*
*historisch:
historisch:Bildung
Bildungvon
vonGlukose
Glukosebzw.
bzw.Acetoacetat
Acetoacetatim
imdiabetischen
diabetischenTier
Tier
Methionin: abhängig von 3 Vitaminen
Remethylierung
(Vit. B12) Æ Mangel durch N20 (Narkose):
Synthase inaktiv
neurologische Schäden
==SAM;
SAM;
AdoMet;
AdoMet;
aktives
aktives
Methionin
Methionin
Transmethylierung
(Folsäure)
5
α-Ketobutyrat + Cystein
PropionylPropionylCoA
CoA
Pyruvat
Pyruvat
5 = Transsulfurierung mit
PALP (aus Vit. B6)
Enzymdefekte Æ Homocystinurie bzw. Cystathionurie
2 Wege für den Abbau von Threonin
Aldolspaltung
α-,ß-Eliminierung
α-Ketobutyrat
PropionylCoA
Essentielle AS der Aspartat- und Pyruvatfamilie Bedeutung
• essentielle AS: Aspartatfam. Æ Lys, Met, Thr; Pyruvatfam. Æ Val, Ile, Leu
• Lysin: mögliche Vorstufe von Carnitin (mito. Fettsäure-Carrier)
Hydroxy-Lysin: Bestandteil von Kollagen
• Methionin: S-Adenosylmet = ‚aktives Methyl‘: wichtigster
Methylgruppendonator für N- oder O-Methylierung (C1Übertragung; z.B. Bildung von Kreatin)
• Pathobiochemie:
Pathobiochemie
Homocystinurie (beim Met-Abbau): Endothelschädigung,
Arteriosklerose
Acidose durch gestörten Abbau von Propionyl-CoA (Abbau
von Met, Thr, Val, Ile)
Abbau verzweigtkettiger Aminosäuren
(Pyruvat-Familie)
• verzweigtkettige AS (Val, Ile, Leu) v.a. in Muskel (Skelett, Herz)
und Niere, auch im Gehirn abgebaut
• die anderen essentiellen AS in der Leber
• dehydrierende Decarboxylierung zu Fettsäure-CoA-Thioestern
Threonine
Propionyl-CoA-Carboxylase
Biotin-abhängig
Enzymdefekt/Biotinmangel:
Propionylacidämie
L-Methylmalonyl-CoA-Isomerase
Vit. B12 (Cobalamin)-abhängig
Enzymdefekt/Vit. B12-Mangel:
Methylmalonacidämie
Verzweigtketten- (Ahornsirup-) krankheit
Transaminierung
dehydrierende
Decarboxylierung
Enzymdefekt
Enzymdefektinindehydrierender
dehydrierenderDecarboxylierung
Decarboxylierung
zentralnervöse
zentralnervöseStörungen,
Störungen,Azidose
Azidose
Körperflüssigkeiten
Körperflüssigkeitenund
undAtemluft:
Atemluft:würzig-süßlicher
würzig-süßlicherGeruch
Geruch
sofortige
sofortigeDiät:
Diät:arm
arman
anVal,
Val,Ile,
Ile,Leu
Leu(sind
(sindessentiell!)
essentiell!)
Aromatenfamilie I: Abbau von Phenylalanin
Phenylalanin-Hydroxylase
Hydroxylierung
Transaminierung
1. Hydroxylierungen,
Biopterin-abhängig
(Tyrosin =
Abbauprodukt von
Phenylalanin)
2. oxidative Ringspaltung
Hydroxylierung
Decarboxylierung
(Vit. C abhängig)
ox. Ringspaltung
Isomerisierung
Aromatenfamilie II: Bedeutung v. Phe und Tyr
••Vorstufen
Vorstufenvon
vonPigmenten
Pigmenten(Melanin;
(Melanin;Synthesestörung:
Synthesestörung:
Albinismus),
Albinismus),Neurotransmittern
Neurotransmittern(Noradrenalin)
(Noradrenalin) und
und
Hormonen
Hormonen(Adrenalin,
(Adrenalin,Thyroxin)
Thyroxin)
Phenylketonurie (PKU):
• häufigste Störung des AS-Stoffwechsels
• 1:10.000 (heterozygot: 1:50!)
• > 240 Mutationen der
Phenylalanin-Hydroxylase
• Phe-Abbau auf alternativen
Wegen Æ (neuro)tox. Produkte
• frühe Diagnose!
• Phe-arme Diät bis mindestens
10 Jahre
Aromatenfamilie III: Tryptophan
Tryptophan =
Indolyl-Alanin
Abbau:
Biopterin-abhängig
1. oxidative Spaltung der Ringe
2. Abtrennung Ala-Seitenkette
Æ Alanin + Acetoacetat
Tryptophan
Tryptophan
•• verstärkt
verstärktProteinbiosynthese
Proteinbiosyntheseininder
derLeber
Leber(ist
(istdort
dortnormalerweise
normalerweisedie
dieam
am
geringsten
geringstenkonzentrierte
konzentrierteAS)
AS)
•• Provitamin
Provitaminfür
fürNicotinsäure-Synthese
Nicotinsäure-Synthese(Æ
(ÆNAD(P))
NAD(P))Æ
Æ
Pellagra
Pellagra==kombinierter
kombinierterTryptophanTryptophan-und
undVitaminmangel
Vitaminmangel(Niacin)
(Niacin)
•• Vorstufe
Vorstufebiogener
biogenerAmine:
Amine:Serotonin
Serotonin(5-Hydroxytryptamin),
(5-Hydroxytryptamin),Melatonin
Melatonin
(Epiphysenhormon),
(Epiphysenhormon),Tryptamin
Tryptamin
Histidin
Stickstoff #1 als NH3 abgespalten (Histidase)
Stickstoff #2 als Formiminogruppe auf Tetrahydrofolat übertragen
PALP-abhängige Decarboxylierung Æ
biogenes Amin Histamin:
Æ Freisetzung NO in Gefäßendothel
Æ Relaxation glatter Gefäßmuskeln
allergische Reaktion!
3-Methyl-Histidin
3-Methyl-HistidinininActin,
Actin,Myosin
Myosin
Æ
Æim
imUrin:
Urin:Indikator
Indikatorfür
fürMuskelprotein-Abbau
Muskelprotein-Abbau
Cystein (Serinfamilie)
im Extrazellularraum als Cystin
(oxidierende Umgebung) :
Abbau durch
α-,ß-Eliminierung:
Disulfid
[Aminoacrylat]
• Vorstufe von Taurin (Aminoethylsulfonsäure) Æ
Konjugation von Gallensäuren (Taurocholsäure)
• Cystinurie Æ AS-Transporterstörung (rBAT-Gen),
betrifft auch Lys, Arg, Orn (Diaminocarbonsäuren), ebenfalls
vermehrte Ausscheidung von Homocystein
Abbau nicht- und semiessentieller AS
Aminosäure
Arginin
glucogenes
Abbauprodukt
Ornithin Æ Glu Æ
α-Ketoglutarat
Prolin
Glu Æ α-Ketoglutarat
Glutamin Glu Æ α-Ketoglutarat
ketogenes
Produkt
-
Glutamat
-
α-Ketoglutarat
-
Asparagin Asp Æ Oxalacetat
Aspartat
Glycin
Alanin
Serin
Oxalacetat, Fumarat
Pyruvat
Pyruvat
(Glycin) Æ Pyruvat
-
Bemerkungen
über Glutamat-Semialdehyd
über Glutamat-semialdehyd
Aminogruppendonator;
Glutaminase
Zentralsubstanz im ASStoffwechsel,
Neurotransmitter!
Aminogruppendonator;
Asparaginase
wichtigste glucogene AS
•• liefern
liefernletztlich
letztlichalle
alleOxalacetat
Oxalacetat(C4-Gerüst)
(C4-Gerüst)Æ
Æ
glucogen
glucogen
•• aber:
PyruvatÆ
ÆAcetylCoA
AcetylCoAÆ
ÆÆ
ÆFettsäuren
Fettsäuren
aber:Pyruvat
•• Abbau
Abbauin
infast
fastallen
allenGeweben
Geweben
Bedeutung nichtessentieller Aminosäuren
• Aspartat/Asparagin, Glutamat/Glutamin Æ Transaminierungen...
• Prolin:
Prolin als Hydroxyprolin (Hyp) in Kollagen (ca. 25 %)
Hyp im Urin = Maß für Kollagen-Stoffwechsel
• Arginin:
Arginin
- Freisetzung von NO (+ Citrullin) durch NO-Synthase Å siehe auch
Histamin!
- Vorstufe für Polyamine (Spermin, Spermidin) Æ stabilisieren DNA
- Ausgangsstoff für Kreatinsynthese (Kreatinphosphat = Energiereserve
im Muskel)
• Glycin:
Glycin Biosynthese von Häm (+ Succinyl-CoA) und Purinen
• Serin:
Serin
- Vorstufe für Purinbasen, Phospholipide, Cystein
- Hydroxymethylgruppe (C1-Verbindung) kann auf Tetrahydrofolsäure
übertragen werden
• Alanin:
Alanin D- und L-Form in Murein-Zellwand der Bakterien
C1-Verbindungen im AS-Stoffwechsel
Biotin = Vit. H
Harnstoffderivat
bindet CO2 an
Position N1,
überträgt es auf
Pyruvat,
Acetyl-CoA,
Propionyl-CoA
C1-Einheiten
C1-Einheitenwerden
werdengeliefert
geliefertvon:
von:
Ado-Met)
Methionin
Met Æ
Æaktiviert
aktiviert((Ado-Met)
Æüberträgt
überträgtMethyl
Methyl(-CH
(-CH33))auf
aufHistidin,
Histidin,DNA;
DNA;
MethioninÆ
bei
beiSynthese
Synthesevon
vonKreatin,
Kreatin,Adrenalin,
Adrenalin,Cholin
Cholin
Glycin
Æ Methylen
Methylen(-CH
(-CH22-)-)
GlycinÆ
Übertragung
Serin
Æ Methyl
Methyl
Übertragungauf
aufTetrahydrofolat
Tetrahydrofolat
SerinÆ
Histidin
Æ Formimino
Formimino
HistidinÆ
(-CH=NH)
Synthese
(-CH=NH)
Synthesevon
vonMethionin,
Methionin,Thyminnucleotiden
Thyminnucleotiden
Der vollständige Abbau von AS
...
...zu
zuCO
CO22++HH2200++NH
NH33liefert
liefertEnergie
Energie(ca.
(ca.17
17kJ/g)
kJ/g)
essentielle AS
nichtessentielle AS
Zahlenwerte =
ATP-Äquivalente
Glucose:
Stearinsäure (C18):
Ethanol:
38 ATP-Äquivalente (17 kJ/g)
148 ATP-Äquivalente (39 kJ/g)
114 ATP-Äquivalente (30 kJ/g)
Zusammenfassung: AS im Stoffwechsel
¾Synthese
¾Synthesevon
vonKörperprotein:
Körperprotein:Verfügbarkeit
Verfügbarkeitessentieller
essentieller
AS!
AS!
¾Energie
¾Energieliefernde
lieferndeSubstrate:
Substrate:
tgl.
tgl.Umsatz
Umsatz4.4g/kg
4.4g/kgbzw
bzw37
37mmol/kg
mmol/kgübertrifft
übertrifft
FettFett-bzw.
bzw.Kohlenhydratumsatz;
Kohlenhydratumsatz;
AS
ASam
amEnergiegewinn
Energiegewinnmit
mit15-20%
15-20%beteiligt
beteiligt
¾glucogene
¾glucogeneAS
ASÆ
ÆGlucosehomöostase
Glucosehomöostase
¾Quelle
¾Quellefür
fürStickstoff
Stickstoffund
undorganischen
organischenSchwefel
Schwefel
für
fürBiosynthesen
Biosynthesen
¾zellulärer
¾zellulärerAS-Pool
AS-Poolgespeist
gespeistaus
ausendogenem
endogenemProteinabbau
Proteinabbau
und
undAS
ASaus
ausNahrung
Nahrung
Aminosäure-Stoffwechsel unter
verschiedenen äußeren Bedingungen
• myotrop (anabol): AS von Leber → Muskel; positive N2-Bilanz
durch: Insulin (AS-Transportsysteme!), Testosteron, Somatotropin;
Æ mTOR bewirkt Anschalten der Ribosomenbiogenese und Translation
• hepatotrop (negative Stickstoff-Bilanz): Proteinabbau zuerst in
Gastrointestinaltrakt, Leber, Niere, Pankreas
Muskel (größtes Organ) verliert höchste Absolutmenge an Protein
durch Aktivierung von Calpainen und Proteasom
↓
Nahrungskarenz = Glukose fehlt; Acetyl-CoA Æ glucogene Substanz;
Lactat, Pyruvat Æ keine Netto-Neusynthese von Glukose
Î Proteinabbau: Alanin Transport Muskel Æ Leber: Glukoneogenese
Glycin in die Niere Æ Guconeogenese
ÆÆ Hypoalaninämie (Muskelabbau reduziert)
Verlust von > 50% der Muskelmasse Æ Tod
• Stress, Infektionen, Verletzungen, Tumoren, AIDS Æ höhere
Stickstoffausscheidung (Verlust von Körperprotein) Æ Æ Kachexie
Proteinqualität – Biologische Wertigkeit
• Fehlen einer essentiellen AS Æ Proteinbiosynthese
• unterschiedliche Verdaubarkeit (%)
Muttermilch
95
Kartoffel
71
Ei
Fisch
Rindfleisch
Kuhmilch
Gelatine
87-97
83
76-93
81-90
25
Soja
Hefe
Hafer
Reis
Mais
Weizen
64
63
62
57-63
36-54
30-52
pflanzliche
pflanzlicheProteine
Proteine––im
immenschlichen
menschlichenOrganismus
Organismusoft
oftunvollständig
unvollständig
hydrolysiert
hydrolysiert
Æ
Ægemischte
gemischteMahlzeit:
Mahlzeit:essentielle
essentielleAS
ASergänzen:
ergänzen:
Getreide
Getreide(arm
(arman
anLys,
Lys,ausreichend
ausreichendTrp)
Trp)
++Bohnen
Bohnen(arm
(arman
anTrp,
Trp,ausreichend
ausreichendLys)
Lys)
Protein-Energie-Malnutrition (PEM)
Kwashiorkor: „Entwöhnungskrankheit“
zu wenig Protein: essentielle AS fehlen
Hypoalbuminämie („Wasserbauch“)
Marasmus (grch.: verwelken)
zu wenig Protein
Hypoalbuminämie (Ödeme)
generell zu wenig Energiezufuhr