Nichtessentielle Aminosäuren
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Nichtessentielle Aminosäuren Stoffwechsel Nahrungskarenz Einleitung • 11 nichtessentielle AS • Können von Säugetierzellen selbstsynthetisiert werden. • Im Vergleich zu essentiellen AS einfache Synthesewege Nichtessentiell Aminosäuren • • • • • • Alanin Arginin Asparagin Aspartat Cystein Glutamat • • • • • Glutamin Glycin Prolin Serin Tyrosin Stoffwechsel • Einfach gebaute Seitenkette →Abbau 1-2 enzymatische Schritte → Umkehrung der Biosynthese • Regulation durch: Hormone, Substratangebot, durch Existenz von Isoenzymformen • Alle nichtessentiellen AS sind glucogen (Ausnahme Tyrosin ist auch ketogen) • Enyme im Gewebe nachweisbar • Sie dienen als Aminogruppendonatoren Einteilung nach der α-Ketosäure, die beim Abbau entsteht: 1. Oxalacetat (α-Ketobernsteinsäure) 2. α-Ketoglutarsäure 3. Pyruvat (α-Ketopropionsäure) Asparagin und Aspartat • • • • • Pharmaz. Bedeutung: Leukämietherapie Stoffwechselbedeutung der Produkte: 1. Oxalacetat → Citratcyclus 2. Asparagin → proteinogenen AS 3. Carbamylaspartat → Pyrimidinbiosynthese • 4. β-Alanin → Bestandteil v. Pantothensäure • 5. Argininosuccinat → Umwandlung von Carbaminsäure in Harnstoff • 6. Adenylosuccinat → Umwandlung von IMP in AMP • 7. 5-Aminoimidazol-4-(Nsuccinylcarboxamid)-ribonucleotid → Purinbiosynthese Abbau und Biosynthese • L-Asparagin → LAspartat → Oxalacetat • Antrieb durch Hydrolyse von ATP Glutamin und Glutamat • Bedeutung: wichtigstes Energiesubstrat für Gastrointestinaltrakt → Mucosazellen d. Darms oxidieren ⅔ Glutamin zu CO2 (Energiequelle) Parenterale Infusionen: Glutamin löst sich nicht und muss in Form von Dipeptiden injiziert werden. Stoffwechselbedeutung • 1. Glutamat wirkt im Gehirn als exzitatorischer Neurotransmitter • 2. Glutamin höchste Konzentration aller AS im Plasma → Transport von C- und NGerüsten zwischen Organen Stoffwechselbedeutung der Produkte • α-Ketoglutarat → Citratcyclus, Freisetzung von Ammoniak • γ-Aminobutyrat → Überträgerstoff in grauer Substanz des ZNS • Acetylglutamat → Kofaktor der mitochondralen Carbamylphosphatsynthetase • Glutamin → Ammoniakfixierung (Entgiftung) Abbau und Biosynthese • Gleiches Prinzip wie Asparagin • L-Glutamin → LGlutamat → αKetoglutarat • Mitochondriale Glutamase für Abbau verantwortlich Prolin und Arginin • Glutamat ist die Vorstufe von Prolin und Arginin • Bedeutung: Einfluss auf Harnstoffcyclus Stoffwechselbedeutung von Prolin • Mit seiner Vorstufe Hydroxyprolin die wichtigste AS im Kollagen und Elastin (25%). Stoffwechselbedeutung von Arginin • 1. Vorstufe von NO → Endothel relaxierend, Intrazellularer Mediator • 2. Kreatin → Ornithin →→Spermidin → Spermin ; Aufgabe: Stabilisierung der DNA Abbau und Biosynthese von Prolin • Prolin wird über das Semialdehyd des Glutamats abgebaut • Synthese durch Umkehrung des Abbaus mit anderen Enzymen Abbau und Biosynthese von Arginin 1. hydrolytische Abspaltung von Harnstoff → Ornithin (homolog zu Lysin) → 2. durch Orntithin- α-KetosäureTransaminase → 3. Glutamat-γ-semialdehyd → Glutamat Alanin • Wichtigste biogene AS • Bedeutung: Bestandteil von Murein (Zellwand von Bakterien) Stoffwechselbedeutung von Alanin • Kohlenstoffgerüst von Aladin stammt aus dem Proteinabbau und aus Pyruvat (Endprodukt Glycolyse) → durch Übernahme von NH3-Gruppen → Aladin • Schlüsselfunktion als wichtigste glucogene AS Abbau und Biosynthese • Reversible Transaminierun g → Pyruvat • Kann auch beim Abbau von Tryptophan entstehen Serin und Glycin • Können leicht ineinander überführt werden Stoffwechselbedeutung von Serin • - dient als Vorstufe der Biosynthese von: Purinbasen Phospholipide Cystein Stoffwechselbedeutung von Glycin • Produkte: - Serin → proteinogene AS - Gluthation → AS-Transporter, Schutz von SH-Gruppen - α-Amino-β-ketoadipinsäure → Porphyrinbiosynthese Stoffwechselbedeutung von Gylcin - Glycinamid-ribosyl-5-phosphat → Biosynthese von Purine - Glycocholsäure → Gallensäure - Glycosalicylsäure → Entgiftung in der Leber - Guanidinoacetat → Kreatinbiosynthese Abbau von Serin • Durch PALPabhängige Dehydratase → Glycin (reversibel) Synthese von Serin 3-Phospho-D-glycerat (zw.Produkt Glycolyse) → → →Serin (reversibel) Abbau und Synthese von Glycin Cystein • Liegt extrazellulär als Disulfid vor • Serin ist eine Vorstufe Stoffwechselbedeutung von Cystein • Kann durch Ox. zu Taurin decarboxilieren (Taurin +Cholyl-CoA →konj. Gallensäure) • Bestandteil der Phäomelanine Abbau und Biosynthese von Cystein • Aus Cystin wird Cystein durch hydrierende Spaltung der Disulfidbrücken • Durch Eliminierung wird es abgebaut • Produkte: Pyruvat und Sufat • Synthese über 2 Wege: 1.Weg (in Abb.rechts) • Am α und β CAtom wird H2S abgespalten →Aminoacrylat • Durch Umlagerung →desaminiertes Pyruvat • H2S → Sulfat + Protonen 2.Weg (in Abb. Links) • Transaminierung → Mercaptopyruvat • SH-Gruppe + Sulfit→ Sulfat → Pyruvat Sulfat: Entgiftung, Abgabe mit Kationen im Urin S-Atom stammt aus Methionin (essentielle AS) → Met-Mangel →CysMangel Nahrungskarenz Kein Nahrungsaufnahme über einen längeren Zeitraum → Glucosezufuhr bleibt weg Was macht der Körper da? 1. Abbau des Glucogenspeichers (nach 2448h aufgebraucht) 2. Gluconeogenese: - geradzahlige FS → Acetyl-CoA →KEIN glucogener Stoff! - ungeradzahlige FS → Propionyl-CoA → glucogen aber: nur wenig im Körper 3. Aufbau von Glucose aus glucogenen AS - AS stammen aus Proteinabbau → nur begrenzter Abbau möglich - Verlust von ⅓ bis ½ der Protein kann tödlich sein Gluconeogenese • In der Leber: Nach anhalternder Nahrungskarenz wird Glucoseabgabe ins Blut immer geringer • → Gehirn adaptiert sich an Oxidation von Ketonkörpern • In der Niere: produziert bei anhalternder Nahrungskarenz mehr Glucose Glucoseproduktion Tägliche Menge Mol /Tag Leber Niere Postabsorp- 0,85 – 1,75 > 90 % tiv < 10% 0,45 – 0,50 ~ 55 % Nach 5-6 Wochen Nahrungska renz ~ 45% • Verringerung der Glucoseproduktion →Abnahme der NAusscheidung im Urin • Bis zu 3-5g/Tag, das entspricht 20-30g Protein/Tag Wie entsteht die Abnahme der Gluconeogenese bei anhaltender Nahrungskaren? • Gleichgewicht: Abgabe v.AS (Muskel) und Aufnahme der AS (Leber,Niere) Leber / Muskulatur • 8 AS werden extrahiert. 50% Alanin • Citrullin wird ausgeschieden • Alle anderen AS: Gleichgewicht zwischen Aufnahme und Abgabe • Muskulatur: Hohe Freisetzung von Alanin • Abfall des Gesamtα-Aminostickstoffs • 3 Muster: - (1) erst Anstieg, dann Abfall (Valin) - (2) Kontinuierlicher Abfall (Alanin) - (3) Verzögerter Anstieg (Glycin) Drastischster Abfall bei Alanine (70%) (1) Erst Angstieg, dann Abfall • AS reagieren empfindlich auf Insulin • Anstieg durch Abfall der Plasmainsulinkonzentration (2) Kontinuierlcher Abfall • Abfall der Alaninkonzentration duch reduzierte Abgabe von Alanin in der Peripherie (3) Verzögerter Anstieg • Gluconeogenese von Leber zu Niere • Niere extrahiert permanent Glycin und Glutamin • Je höher Glycinkonzentration, umso höher Glycinextraktion in der Niere (bei Karenz 3 bis 6fach erhöht) • Umsetzung von Glycin: - C-Atome zu Glucose - N-Atome zu Ammoniak
