Biochemie 6

AS bestehen aus dem Kohlenstoffskelett und dem Ammoniak. Aus dem Ammoniak werden einerseits neue AS, Nukleotide und biologische Amine hergestellt und andererseits werden das Überflüssige im Harnstoffzyklus über die Niere abgegeben. Die Kohlenstoffkette wird über den ZSZ in Oxalacetat und dann weiter zu Glukose verarbeitet.

Die meisten AS werden in der Leber metabolisiert, also ab- und aufgebaut. Die AS kommen durch den Verdau der Proteine, ausserdem kommen Alanin vom Muskel und Glutamin vom Muskel und anderen Geweben. Es wird Pyruvat hergestellt und überflüssiger Ammoniak abgegeben.

• viele AS transferieren die Aminogruppe auf alpha-Ketoglutarat, wodurch Glutamat entsteht. Glutamat kann desaminiert werden
• Die Reaktion wird durch Aminotransferasen (auch Transaminasen) katalysiert
• die Reaktion ist reversibel und kann daher auch für die Synthese von AS aus alpha-Ketoglutarat verwendet werden.

• Kofaktoren der Transaminasen sind Pyridoxalphosphat (PLP) und Pyroxidin (Vitamin B6), die aminierte Form
• PLP wird über nicht-kovalente Bindungen und eine Schiff-Base (=Aldimin) über ein Lysin an das aktive Zentrum des Enzyms gebunden

• über eine interne Schiff'sche Base (auch interenes Aldimin) wird der Kofaktor PLP an das Enzym gebunden
• die aktivierte Form von PLP (Pyridoxalphosphat) macht eine Transaminierung um eine neue Schiff'sche Base --> externes Aldimin mit der alpha-Aminogruppe der Substrat-AS zu bilden
• Es gibt 3 unterschiedliche Möglichkeiten, was aus dem extrenen Aldimin werden kann:
  1. Transaminierung
  2. Racemisierung
  3. Decarboxylierung

Glutamin transportiert das Ammoniak aus allen Geweben inklusive dem Gehirn via Blutstrom in die Leber, sowohl bei erhöhtem Nukleotidabbau, als auch bei Nahrungsüberschuss. Glutamat wid aktiviert, nimmt im Austausch gegen eine Phosphatgruppe ein  NH3 auf  und wird dadurch zu Glutamin. Das Glutamin kommt in die Mitochondrien der Leber und NH4+ wird abgespalten und zu Harnstoff weiter prozessiert. So entsteht wieder Glutamat, das erneut als Transportstoff verwendet werden kann.

• Glutamat mit dem Amin NH3+ wird Schiff-Base-Intermediat
• durch die Hydrolyse der Schiff-Base wird das Ammoniak freigesetzt und alpha-Ketoglutarat entsteht, das wieder weiter verwendet werden kann

Urea entsteht und kann so aus dem Körper entfernt werden. Ausserdem entstehen Reduktionsäquivalente in Form von NADH.

• macht aus Glutamat wieder alpha-Ketoglutarat, wobei Reduktionsäquivalente entstehen und NH4+ abgespalten wird
• Glutamat-DH wird durch GTP und ATP allosterisch inhibiert
• und durch GDP und ADP allosterisch aktiviert
• ==> je weniger Energie in der Zelle vorhanden ist, desto schneller erfolgt der Abbau der AS (siehe Muskelabbau bei Marathonläufer)

• Der Muskel überträgt über Alanin die Stoffwechsellast (das Ammoniak) in die Leber
• AS-Abbau findet häufig im Muskel und anderen Geweben statt --> bei körperlicher Anstrenung oder Fastenzeiten
• dort kann der Harnstoff nicht abgebaut werden
• daher wird über den Zyklus der Ammoniak in die Leber transportiert

• ein Teil des Ammoniaks wird in anabole Stoffwechselwege eingeschleust und zur Synthese von Nukleinsäuren verwendet
• Überschüssiger Teil wird bei den meisten Landwirbeltieren in Harnstoff umgebaut und ausgeschieden
• Harnstoffzyklus findet in den Mitochondrien der Hepatocyten statt
• Ein Urea enthält 2 Aminogruppen

• geschieht in den Mitochondrialen Matrix
• katalysiert durch die Carbamoylphosphatsynthase I und Ornithintranscarbamoylase

1. Bicarbonat wird aktiviert durch Phosphorylierung mit Hilfe eines ATPs --> es entsteht ein Carbonphosphorsäureanhydrid, das energiereich ist
2. daran wird ein NH3+ gebunden, indem die Phosphorgruppe abgespalten wird --> es entsteht ein Carbamat
3. das Carbamat wird mit Hilfe eines ATPs phosphoryliert und es entsteht Carbamoylphosphat
4. Carbamoylphosphat reagiert mit Ornithin zu Citrullin und geht so in den Zyklus ein

• der Verbrauch von 2 ATP macht die Reaktion nahezu irreversibel

• geschieht im Cytosol
• katalysiert durch die Argininosuccinatsynthase

1. Aktivierung des Citrullins durch 1 ATP
2. Aspartat wird an das Citrullyl-AMP angehängt und AMP spaltet sich ab --> es entsteht Argininosuccinat

• Citrullin (mit 1. Aminogruppe) reagiert mit Aspartat (mit 2. Aminogruppe) --> es entsteht Argininosuccinat (mit 2 Aminogruppen)
• von Argininosuccinat wird Fumarat (=Kohlenstoffgerüst des Aspartats) abgespalten und Arginin entsteht
• Arginin wird hydrolysiert, wodurch Urea und Ornithin entstehen
• ==> Urea kann abgegeben werden, Ornithin kann weiterverwendet werden und Fumarat wird in den ZSZ eingeschleust
• ---> eine Aminogruppe stammt aus dem Aspartat und eine Aminogruppe stammt aus der Bicarbonat-Reaktion (->freies NH4+)

CO2 + NH4+ + 3 ATP + Aspartat + 2 H2O ------> Harnstoff + 2 ADP + 2 Pi + AMP + PPi + Fumarat

• 2 ATP für die Synthese von Carbamoylphosphat (zurAktivierung des CO2 zu HCO3 und zum Anhängen der Aminogruppe)
• 1 ATP --> AMP für die Synthese von Argininosuccinat

Verknüpfung besteht mit dem ZSZ und der Gluconeogenese

• Desaminierung der AS durch Transaminasen
• Transaminasen enthalten Cofaktor PLP (Pyridoxalphosphat)
• PLP hat Aldehydgruppe, die mit der Aminogruppe der AS eine Schiff'sche Base bildet
• es entsteht eine Elektronenfalle, die eine Bindung am alpha-C-Atom destabilisiert
• Übertragung der Aminogruppe auf alpha-Ketoglutarat wodurch Glutamat entsteht
• vom Glutamat werden die Aminogruppen durch die Glutamatdehydrogenase als Ammoniak abgespalten
• überschüssiges Ammoniak wird im Harnstoffzyklus in Harnstoff umgewandelt und ausgeschieden

• das C-Gerüst soll so umgewandelt werden, dass es zur Synthese von Glukose und Fetten weiter verarbeitet oder zur Erzeugung von Energie genutzt werden kann
• die 20 proteinogenen AS werden in 7 simple Stoffwechselprodukte überführt
  • Pyruvat
  • Acetyl-CoA
  • Aectoacetyl-CoA
  • Succinyl-CoA
  • alpha-Ketoglutarat
  • Fumarat
  • Oxalacetat
• es wird unterschieden, ob die abgebauten AS zu Ketonkörpern (und FS) oder zu Glukose weiter verwendet werden:
  • ketogene AS: Acetyl-CoA und Acetoacetyl-CoA
  • glukogene AS: Pyruvat, Succinyl-CoA, alpha-Ketoglutarat, Fumarat und OAA

• verheerende Effekte, da es keine Alternative zur Ausscheidung von Ammoniak gibt (Hyperammonämie)
• irreversible Gehirnschädigung, Koma