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Rolle der Aminosäuren im Stoffwechsel
70 g
freie AS aus zugeführtem Protein und
hydrolysiertem Körperprotein = 0.05 %
Im Gegensatz zu Fettsäuren und
Glucose sind freie AS NICHT speicherbar
70-80 % davon im Muskel!
Resorption und Verteilung der Aminosäurenim Organismus
genaue Menge nicht resorbierter AS unbekannt
•• Darm: VerlustDarm: Verlust essentieller AS, besonders Thr (Bestandteil proteolyse-resistenter Mucine in endothelialen Schleimschichten!)
• Mucosa: Glu, Gln, Asp EnergieArg Citrullin
• Niere: Arg-Synthese
•• zentrale Rolle der zentrale Rolle der LeberLeber:Proteinbiosynthese und -abbauKetosäuren Fettsäuren, GlucoseAmmoniak Harnstoff
• Muskulatur:nimmt v.a. verzweigtkettige AS auf: Val, Leu, Ile
Aminosäuren - Hauptabbauwege
Aminosäuren
Transaminierung oxidative Desaminierung(Glutamat-DH)
Decarboxylierung
dehydrierende Decarboxylierung
Fettsäure-Thioester(Acetyl-CoA) Citrat-Zyklus: je nach Stoffwechsellage
Abbau zu CO2 + H20 oder Aufbau von Kohlenhydraten, Fetten...
biogene Amine
Oxidation(Aminoxidasen)Harnstoffzyklus
Fettsäuren
α-KetosäurenNH3
Niere - Urin
AS-Abbau: 1. Stickstoff (N2) - Abspaltung
Generelles:
nicht benötigte AS werden abgebaut (normal: < 50 %)
bei Säugern: ASAS--Abbau hauptsächlich in der LeberAbbau hauptsächlich in der Leberaber auch periphere Organe können AS zum Energiegewinn (ATP-Bildung) zu
CO2, H2O und NH3 abbauen
in EnergieübertragungEnergieübertragungswegen kommen keine Stickstoffkeine Stickstoff-haltigen Verbindungen vor Aminogruppe entfernen
durch Transaminierung und oxidative Desaminierung
Ammoniak (NH3) ist cytotoxisch muss entgiftet werden
Die zentralen Aminoäuren undihre zugehörigen α-Ketosäuren (α-KS)
• sind am häufigsten an Umbaureaktionen (Transaminierungen) beteiligt
• hohe intrazelluläreKonzentration 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 α-KS
• abhängig von Pyridoxalphosphat (PALP)• reversibel AS-Synthese aus α-KS
ABER: für Lysin (Lys, K) und Threonin (Thr, T): keine AminotransferasenABER: für Lysin (Lys, K) und Threonin (Thr, T): keine Aminotransferasen
Die beiden wichtigsten Aminotransferasen
Aspartat-Aminotransferase(AST, ASAT, GOT = Glutamat-Oxalacetat-
Transaminase)
Alanin-Aminotransferase(ALT, ALAT, GPT = Glutamat-Pyruvat-
Transaminase)
• hohe Konzentration dieser Enzyme in Leber, Myocard, Hirn• Isoformen in Cytosol und Mitochondrien Diagnostik• hohe Konzentration dieser Enzyme in Leber, Myocard, Hirn• Isoformen in Cytosol und Mitochondrien Diagnostik
Pyridoxalphosphat (PLP, PALP)
Vitamin B6 = Pyridoxal
Aldehydgruppe bildet kovalente Schiff-Basen:
leichtsauerleichtbasisch
prosthetische Gruppe
(Coenzym) z.B. in
Aminotrans-ferasen
substituiertes Pyridin
Mechanismus der PALP-abhängigen Transaminierung
an der Aldehydgruppe des PALP:
protoniertes PALP wirkt als Elektronenfalle
Amino-Stickstoff wird nicht frei!Amino-Stickstoff wird nicht 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 α-KS + Glu)
b) Decarboxylasen:Decarboxylierung(AS Amin + CO2)
weitere Reaktionen:Dehydratasen = Desaminasen: α-,ß-Eliminierung (AS α-KS + NH3)
PALP-abhängige Reaktionen: im AS-Stoffwechsel, in der Hämoglobin-Biosynthese, bei der GABA-Biosynthese, im Glycogen-Abbau
PALP-abhängige Decarboxylierung
Spaltung zwischen α-C und Carboxylgruppe
Freisetzung des Amins und CO2
Spaltung zwischen α-C und Carboxylgruppe
Freisetzung des Amins und CO2
DAO
Ox
Säure
NeurotransmitterSerotonin5-Hydroxy-TryptophanHormonTryptaminTryptophan (Trp, W)
NeurotransmitterDopaminDihydroxy-Phenyl-alanin (DOPA)
Mediator, HormonHistaminHistidin (His, H)
Neurotransmitterγ-Aminobuttersäure (GABA)Glutaminsäure (Glu, E)Coenzym Aß-AlaninAsparaginsäure (Asp, D)Coenzym ACysteaminCystein (Cys, C)VorkommenAminAminosäure
α-,ß-Eliminierung AldolspaltungundSpaltung der Bindungen zwischen
α-C und seinem H sowie ß-C und seinem Substituenten↓Eliminierung von Wasser (bzw. H2S)
Iminosäure spontane Hydrolyse zu α-KS + NH3
Spaltung der Bindungen zwischen α-C und seinem H sowie
ß-C und seinem Substituenten↓Eliminierung von Wasser (bzw. H2S)
Iminosäure spontane Hydrolyse zu α-KS + NH3
Spaltung der Bindung zwischen α-C und ß-C↓Glycin vom ‚Rest‘ der Aminosäure abgetrennt
Spaltung der Bindung zwischen α-C und ß-C↓Glycin vom ‚Rest‘ der Aminosäure abgetrennt
Folat Tetrahydrofolat (FH4)(sind Coenzyme der Purin- und Pyrimidinsynthese und des Met-Stoffwechsels)
[Aminoacrylat]
Abbau von Ser, Cys zu PyruvatThr zu α-Ketobutyratauch Met, Gly, His ß-, γ-Eliminierung bei Homoserin, Homocystein
Oxidative Desaminierung
wichtigste Reaktion: Glutamat-Dehydrogenase (GLDH):
• Gleichgewichtsreaktion; allosterische Aktivierung (ADP, GDP)• Aminogruppe als NH3 freigesetzt ( ) oder NH3 wird fixiert ( )• Zwischenprodukt Schiff-Base (Iminosäure) – wie bei Transaminierung• mitochondriales Enzym
hohe Konzentration der GLDH in der Leber ( Diagnostik)hohe Konzentration der GLDH in der Leber ( Diagnostik)
Hyperaktive GLDH führt zu Hypoglykämischer Hyperinsulinämie
Mutationen im GLDH-Gen: „gain-of-function“:erhöhter Umsatz von Glukeine Hemmung durch ATP/GTPkeine Hemmung durch ATP/GTP↓a)a) ATP-Synthese =ATP/ADP-Quotient steigt↓Insulin-Ausschüttung↓Blutglucosespiegel sinkt
b)b) erhöhter NH3-Spiegel(Hyperammonämie)
Die wichtigsten NH3 liefernden Reaktionen
•• oxidative Desaminierung (GLDH)oxidative Desaminierung (GLDH)
• andere Aminosäure-Desaminierungen
z.B. basische AS, α-,ß-Eliminierung, Lyasen
•• AminoxidasenAminoxidasen (Mono-, Diaminoxidasen = MAO, DAO)
•• TransaminierungTransaminierung von Glutamin Q:
Q + α-KS + H20 α-KG + AS + NH4+
•• PurinnucleotidPurinnucleotid--DesaminasenDesaminasen
•• PyrimidinabbauPyrimidinabbau: (d)CMP-Desaminase, Ringspaltungen U, T
molekulare Ursache für Neurotoxizität von NH3 : Hemmung des Citratcyclus durch α-KG-Mangel im Gehirn.
molekulare Ursache für Neurotoxizität von NH3 : Hemmung des Citratcyclus durch α-KG-Mangel im 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 NH4+ + OH-
• NH3 toxisch: freie Diffusion durch Nervenzellmembran • in Muskulatur wird NH3 z.T. aufgenommen
nur die arterielle Ammoniakkonzentrationarterielle Ammoniakkonzentration korreliert mit der im ZNS, nicht die venöse!
• Entgiftung & Ausscheidung als Harnstoff
Ammoniak-Entgiftung I
•• VermeidungVermeidung der NH3 -Freisetzung: = Übertragung von Aminogruppen auf Ketoverbindungen durch:
AspartatzyklusTransaminierungenTransaminierungen:
- Aminogruppen auf α-KG übertragen
AspartatzyklusAspartatzyklus:- ist verknüpft mit Harnstoff-, AMP- und Purinbiosynthese- Aminogruppen auf Citrullin bzw. Nukleotide(X) übertragen
Ammoniak-Entgiftung II
• kovalente Fixierungkovalente Fixierung von NH3 durch:
• GLDHGLDH (mitochondrial) Rückreaktion; zentrale Rolle des Glutamats
ABER: Glutamat kann Blut-Hirn-Schranke nicht passieren!
• Glutaminsynthetase Glutaminsynthetase (ebenfalls mitochondrial)
• Harnstoffzyklus Harnstoffzyklus Harnstoff aus der Leber in die Niere Ausscheidung mit Urin
Periphere Gewebe reichen Stickstoff an Leber
extrahepatische Zellenextrahepatische Zellen: Transaminierungen, GLDH Glutamat Glutamin-Synthetase (besonders GehirnGehirn):
Glutamin ist DER Transporter von Amino-Stickstoffzu Leber, Niere
GlutaminGlutamin ist DER Transporter von Amino-Stickstoffzu Leber, Niere
MuskelzellenMuskelzellen nutzen außerdem die Alanin-Aminotransferase -Rückreaktion, um Alanin aus Pyruvat herzustellen:
Alanin ist die AS mit der
zweithöchsten Plasmakonz.
AlaninAlanin ist die AS mit der
zweithöchsten 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 Kohlen-stoffgerüste aus der Proteolyse
• Niere: Glutaminase I, IINH4
+ im Urin
Entgiftung des NH3 im Harnstoffzyklus• 0.5–1.5 mol (30-90 g)
Harnstoff / Tag
• Fixierung: NH3 + CO2
• CO2 diffundiert ins Mito Carbo-An-hydrase (CA) HCO3-
• Ornithin/Citrullin Antiport
• N-Acetylglutamat = allosterischer Aktivator (essentiell; Schnellregulation)
• Bilanz: NH4
+ + HCO3- +
3 ATP + Asp + 2 H2O
Harnstoff + 2 ADP + AMP + Pi + Fumarat
Krebs-Henseleit-
Zyklus
Zusammenspiel des Harnstoffzyklus mit anderen Stoffwechselwegen
GLDH E α-KG + NH3
(Glutaminase Q E + NH3)
= NADH-liefernde Reaktionen
Störungen des Harnstoffzyklus
SymptomeSymptomeHyperammonämieEnzephalopathie
respiratorische Alkalose
UrsachenUrsachen• 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
Krankheit Defektes Enzym Folge Behandlung Hyperammonämie I (kongenitale Ammoniak-Intox.)
CPS I
Hyperammonämie II OTC
Stickstoff-Anhäufung als Glycin und Glutamin
Citrullinämie Arginino- succinat-Synthetase (AsS)
Stickstoff-Anhäufung als Citrullin
proteinarme Diät mit Benzoat + Phenylacetat Konjugation von Glycin und Glutamin
Ausscheidung
Argininbernstein-säurek. (Arginino-succinaturie)
Arginino- succinat- Lyase (AsL)
Ornithin fehlt (Argininosuccinat- Ausscheidung)
proteinarme Diät mit viel Arg Orn-Synthese steigern
Hyperargininämie Arginase (R-ase) Arginin angehäuft, Orn fehlt
Diät ohne Arginin
N-Acetylglutamat-Synthasemangel
N-Acetyl-glutamat-Synthetase
CPS I inaktiv (allosterisch)
siehe Hyper-ammonämie I
OTC
CPS I
AsS
AsL R-ase
OTCOTC--MangelMangel: Carbamoyl-P diffundiert ins Cytoplasma → Pyrimidinsynthese ↑→ Orotacidurie (Diagnose)
Einschränkung des Harnstoffzyklus durch Leberinsuffizienz
!Bildung von Umgehungskreisläufen
(Anastomosen)
Coma hepaticum
z.B. durch Infektion, Alkohol, Medika-mente Leberfunktion auf 10 – 20 %
eingeschränkt
Insuffizienzgesund
häufig Fibrosen Bluthochdruck der Pfortader (portale Hypertens.)
Ammoniakspiegel steigt
hepatische Enzephalopathie(Ammoniakvergiftung des Gehirns)
Diagnostik von LebererkrankungenEnzyme des Aminosäurestoffwechsels:Messung der Plasmakonzentrationen
Störungen des Gallengangsystems:•• γγ--GlutamylGlutamyl--TranspeptidaseTranspeptidase (γ-GT) – epitheliales Enzym
erhöhte Plasmakonzentration
Leberschäden:•• Aminotransferasen (Transaminasen):Aminotransferasen (Transaminasen):
Isoenzyme in Cytosol und Mitochondriennormale höchste Aktivitäten: Alanin-Aminotransferase (ALT) im Cytosol, Aspartat-Aminotransferase (AST) v.a. im Mito
•• GlutamatGlutamat--DehydrogenaseDehydrogenase (GLDH) im Mitochondrium• Diagnostik: AST/ALT < 1: normal, aber auch bei Entzündung
leichte Leberschäden: Anstieg ALTschwere 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
- Harnstoffsynthese ↓; NH4
+ : in Glutamin (Gln) fixiertNiere: aus Glutamin NH4
+ freigesetzt Ausscheidung
• ALKALOSE: Protonenmangelim Blut (pH > 7.44)Leber: mehr HCO3
- NH4+ be-
nötigt: Hydrolyse von GlnHarnstoffsynthese↑;Niere: Glukoneogenese gestoppt(keine Gln-Desaminierung) keine Kopplung von H+ an NH3
Protoneneinsparung
Niere
Zusammenfassung
Stationen der Ammoniak-entsorgung:
Gewebe: Fixierung von NH3in 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:
Citrat-Cyclus
Hämsynthese
Fettsäuren
Abbau essentieller und bedingt essentieller AS
nach Entfernung der Amino (NH2-)-Gruppe dehydrierende Decarboxylierungdehydrierende Decarboxylierung
historisch: Bildung von Glukose bzw. Acetoacetat im diabetischen Tierhistorisch: Bildung von Glukose bzw. Acetoacetat im diabetischen Tier*
Amino- säure
glucogenes Abbauprodukt
ketogenes Abbauprodukt
Bemerkungen
Lysin - 2x Acetyl-CoA irreversible Transaminierung Methio- nin
Succinyl-CoA Cys Pyruvat
- abhängig von Vitamin B6, B12 und Folsäure
Threo- nin
Succinyl-CoA Gly Pyruvat
Acetaldehyd Acetyl-CoA
2 Wege: α, ß-Eliminierung oder Aldolspaltung
Isoleucin Succinyl-CoA Acetyl-CoA Valin Succinyl-CoA - Leucin - Acetyl-CoA,
Acetoacetat über ß-Hydroxy-ß-methyl-glutaryl-CoA (HMG-CoA) Cholesterolsynthese
Phenyl- alanin
Tyrosin Fumarat Acetoacetat Tetrahydrobiopterin-, Ascorbinsäure-abhängig
Tyrosin Fumarat Acetoacetat Trp Alanin Pyruvat 2x Acetyl-CoA PLP-abhängig Histidin α-Ketoglutarat - PLP-abhängig Cystein Pyruvat -
* *
Methionin: abhängig von 3 Vitaminen
= SAM;AdoMet;aktivesMethionin
= SAM;AdoMet;aktivesMethionin
5
Trans-methylierung
Remethylierung(Vit. B12)
(Folsäure)
Mangel durch N20 (Narkose): Synthase inaktiv
neurologische Schäden
Propionyl-CoA
Propionyl-CoA
PyruvatPyruvat
5 = Transsulfurierung mitPALP (aus Vit. B6)Enzymdefekte Homocystin-urie bzw. Cystathionurie
α-Ketobutyrat + Cystein
2 Wege für den Abbau von Threonin
α-,ß-EliminierungAldolspaltung
α-Ketobutyrat
Propionyl-CoA
Essentielle AS der Aspartat- und Pyruvatfamilie -Bedeutung
• essentielle AS: Aspartatfam. Lys, Met, Thr; Pyruvatfam. Val, Ile, Leu
•• Lysin:Lysin: mögliche Vorstufe von Carnitin (mito. Fettsäure-Carrier)Hydroxy-Lysin: Bestandteil von Kollagen
•• Methionin:Methionin: S-Adenosylmet = ‚aktives Methyl‘: wichtigster Methylgruppendonator für N- oder O-Methylierung (C1-Übertragung; z.B. Bildung von Kreatin)
•• PathobiochemiePathobiochemie:Homocystinurie (beim Met-Abbau): Endothelschädigung, ArterioskleroseAcidose 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-CarboxylaseBiotin-abhängig
Enzymdefekt/Biotinmangel:Propionylacidämie
L-Methylmalonyl-CoA-IsomeraseVit. B12 (Cobalamin)-abhängigEnzymdefekt/Vit. B12-Mangel:
Methylmalonacidämie
Verzweigtketten- (Ahornsirup-) krankheit
dehydrierendeDecarboxylierungTransaminierung
Enzymdefekt in dehydrierender Decarboxylierungzentralnervöse Störungen, AzidoseKörperflüssigkeiten und Atemluft: würzig-süßlicher Geruchsofortige Diät: arm an Val, Ile, Leu (sind essentiell!)
Enzymdefekt in dehydrierender Decarboxylierungzentralnervöse Störungen, AzidoseKörperflüssigkeiten und Atemluft: würzig-süßlicher Geruchsofortige Diät: arm an Val, Ile, Leu (sind essentiell!)
Aromatenfamilie I: Abbau von Phenylalanin
1. Hydroxylierungen, Biopterin-abhängig(Tyrosin = Abbauprodukt von Phenylalanin)
2. oxidative Ringspaltung
Hydroxylierung
Transaminierung
HydroxylierungDecarboxylierung(Vit. C abhängig)
ox. RingspaltungIsomerisierung
Phenylalanin-Hydroxylase
Aromatenfamilie II: Bedeutung v. Phe und Tyr
• Vorstufen von Pigmenten (Melanin; Synthesestörung: Albinismus), Neurotransmittern (Noradrenalin) und Hormonen (Adrenalin, Thyroxin)
• Vorstufen von Pigmenten Pigmenten (Melanin; Synthesestörung: Albinismus), NeurotransmitternNeurotransmittern (Noradrenalin) und HormonenHormonen (Adrenalin, Thyroxin)
Phenylketonurie (PKU):Phenylketonurie (PKU):• häufigste Störung des AS-Stoff-
wechsels• 1:10.000 (heterozygot: 1:50!)• > 240 Mutationen der
Phenylalanin-Hydroxylase• Phe-Abbau auf alternativen
Wegen (neuro)tox. Produkte• frühe Diagnose!• Phe-arme Diät bis mindestens
10 Jahre
Aromatenfamilie III: Tryptophan
1. oxidative Spaltung der Ringe2. Abtrennung Ala-Seitenkette
Alanin + Acetoacetat
Abbau:
Biopterin-abhängig
Tryptophan =Indolyl-Alanin
Tryptophan
• verstärkt Proteinbiosynthese in der Leber (ist dort normalerweise die am geringsten konzentrierte AS)
• Provitamin für Nicotinsäure-Synthese ( NAD(P)) Pellagra = kombinierter Tryptophan- und Vitaminmangel (Niacin)
• Vorstufe biogener Amine: Serotonin (5-Hydroxytryptamin), Melatonin (Epiphysenhormon), Tryptamin
TryptophanTryptophan
• verstärkt Proteinbiosynthese in der Leber (ist dort normalerweise die am geringsten konzentrierte AS)
• Provitamin für Nicotinsäure-Synthese ( NAD(P)) Pellagra = kombinierter Tryptophan- und Vitaminmangel (Niacin)
• Vorstufe biogener Amine: Serotonin (5-Hydroxytryptamin), Melatonin (Epiphysenhormon), Tryptamin
HistidinStickstoff #1 als NH3 abgespalten (Histidase)
PALP-abhängige Decarboxylierung biogenes Amin Histamin:
Freisetzung NO in GefäßendothelRelaxation glatter Gefäßmuskeln
allergische Reaktion!
3-Methyl-Histidin in Actin, Myosinim Urin: Indikator für Muskelprotein-Abbau
3-Methyl-Histidin in Actin, Myosinim Urin: Indikator für Muskelprotein-Abbau
Stickstoff #2 als Formiminogruppe auf Tetra-hydrofolat übertragen
Cystein (Serinfamilie)
Abbau durchα-,ß-Eliminierung:
im Extrazellularraum als Cystin(oxidierende Umgebung) :
Disulfid
[Aminoacrylat]
• Vorstufe von Taurin (Aminoethylsulfonsäure) Konjugation von Gallensäuren (Taurocholsäure)
• Cystinurie AS-Transporterstörung (rBAT-Gen), betrifft auch Lys, Arg, Orn (Diaminocarbonsäuren), ebenfalls vermehrte Ausscheidung von Homocystein
Abbau nicht- und semiessentieller ASAmino- säure
glucogenes Abbauprodukt
ketogenes Produkt
Bemerkungen
Arginin Ornithin Glu α-Ketoglutarat
- über Glutamat-Semialdehyd
Prolin Glu α-Ketoglutarat - über Glutamat-semialdehyd Glutamin Glu α-Ketoglutarat - Aminogruppendonator;
Glutaminase Glutamat α-Ketoglutarat - Zentralsubstanz im AS-
Stoffwechsel, Neurotransmitter!
Asparagin Asp Oxalacetat Aminogruppendonator; Asparaginase
Aspartat Oxalacetat, Fumarat - Glycin Pyruvat - Alanin Pyruvat - wichtigste glucogene AS Serin (Glycin) Pyruvat -
• liefern letztlich alle Oxalacetat (C4-Gerüst) glucogen
• aber: Pyruvat AcetylCoA Fettsäuren• Abbau in fast allen Geweben
• liefern letztlich alle Oxalacetat (C4-Gerüst) glucogen
• aber: Pyruvat AcetylCoA Fettsäuren• Abbau in fast allen Geweben
Bedeutung nichtessentieller Aminosäuren
•• Aspartat/Asparagin, Glutamat/GlutaminAspartat/Asparagin, Glutamat/Glutamin Transaminierungen...
•• ProlinProlin: als Hydroxyprolin (Hyp) in Kollagen (ca. 25 %) Hyp im Urin = Maß für Kollagen-Stoffwechsel
•• ArgininArginin:- Freisetzung von NO (+ Citrullin) durch NO-Synthase siehe auch Histamin!- Vorstufe für Polyamine (Spermin, Spermidin) stabilisieren DNA- Ausgangsstoff für Kreatinsynthese (Kreatinphosphat = Energiereserve im Muskel)
•• GlycinGlycin: Biosynthese von Häm (+ Succinyl-CoA) und Purinen
•• SerinSerin: - Vorstufe für Purinbasen, Phospholipide, Cystein- Hydroxymethylgruppe (C1-Verbindung) kann auf Tetrahydrofolsäureübertragen werden
•• AlaninAlanin: D- und L-Form in Murein-Zellwand der Bakterien
C1-Verbindungen im AS-Stoffwechsel
Biotin = Vit. HHarnstoffderivat
bindet CO2 an Position N1,überträgt es auf Pyruvat,Acetyl-CoA, Propionyl-CoA
C1-Einheiten werden geliefert von:Methionin aktiviert (Ado-Met) überträgt Methyl (-CH3) auf Histidin, DNA; bei Synthese von Kreatin, Adrenalin, CholinGlycin Methylen (-CH2-)Serin Methyl Übertragung auf TetrahydrofolatHistidin Formimino
(-CH=NH) Synthese von Methionin, Thyminnucleotiden
C1-Einheiten werden geliefert von:Methionin aktiviert (AdoAdo--MetMet) überträgt Methyl (-CH3) auf Histidin, DNA; bei Synthese von Kreatin, Adrenalin, CholinGlycin MethylenMethylen (-CH2-)Serin MethylMethyl Übertragung auf TetrahydrofolatHistidin FormiminoFormimino
(-CH=NH) Synthese von Methionin, Thyminnucleotiden
Der vollständige Abbau von AS
... zu CO2 + H20 + NH3 liefert Energie (ca. 17 kJ/g)... zu CO2 + H20 + NH3 liefert Energie (ca. 17 kJ/g)
essentielle AS nichtessentielle AS
Zahlenwerte =ATP-Äquivalente
Glucose: 38 ATP-Äquivalente (17 kJ/g)Stearinsäure (C18): 148 ATP-Äquivalente (39 kJ/g)Ethanol: 114 ATP-Äquivalente (30 kJ/g)
Zusammenfassung: AS im Stoffwechsel
Synthese von Körperprotein: Verfügbarkeit essentieller AS!
Energie liefernde Substrate:tgl. Umsatz 4.4g/kg bzw 37 mmol/kg übertrifft
Fett- bzw. Kohlenhydratumsatz; AS am Energiegewinn mit 15-20% beteiligt
glucogene AS Glucosehomöostase
Quelle für Stickstoff und organischen Schwefelfür Biosynthesen
zellulärer AS-Pool gespeist aus endogenem Proteinabbau und AS aus Nahrung
Synthese von Körperprotein: Verfügbarkeit essentieller AS!
Energie liefernde Substrate:tgl. Umsatz 4.4g/kg bzw 37 mmol/kg übertrifft
Fett- bzw. Kohlenhydratumsatz; AS am Energiegewinn mit 15-20% beteiligt
glucogene AS Glucosehomöostase
Quelle für Stickstoff und organischen Schwefelfür Biosynthesen
zellulärer AS-Pool gespeist aus endogenem Proteinabbau und AS aus Nahrung
Aminosäure-Stoffwechsel unter verschiedenen äußeren Bedingungen
•• myotropmyotrop (anabol): AS von Leber → Muskel; positive N2-Bilanzdurch: Insulin (AS-Transportsysteme!), Testosteron, Somatotropin;
mTOR bewirkt Anschalten der Ribosomenbiogenese und Translation
•• hepatotrophepatotrop (negative Stickstoff-Bilanz): Proteinabbau zuerst in Gastrointestinaltrakt, Leber, Niere, Pankreas Muskel (größtes Organ) verliert höchste Absolutmenge an Proteindurch Aktivierung von Calpainen und ProteasomAktivierung von Calpainen und Proteasom↓NahrungskarenzNahrungskarenz = Glukose fehlt; Acetyl-CoA glucogene Substanz;Lactat, Pyruvat keine Netto-Neusynthese von Glukose
Proteinabbau: AlaninAlanin Transport Muskel Leber: GlukoneogeneseGlycinGlycin in die Niere Guconeogenese
Hypoalaninämie (Muskelabbau reduziert)Verlust von > 50% der Muskelmasse Tod
•• Stress, Infektionen, Verletzungen, Tumoren, AIDSStress, Infektionen, Verletzungen, Tumoren, AIDS höhere Stickstoffausscheidung (Verlust Verlust von Körperprotein) Kachexie
Proteinqualität – Biologische Wertigkeit
• Fehlen einer essentiellen AS Proteinbiosynthese• unterschiedliche Verdaubarkeit (%)
30-52Weizen36-54Mais25Gelatine57-63Reis81-90Kuhmilch62Hafer76-93Rindfleisch63Hefe83Fisch64Soja87-97Ei71Kartoffel95Muttermilch
pflanzliche Proteine – im menschlichen Organismus oft unvollständighydrolysiert
gemischte Mahlzeit: essentielle AS ergänzen:Getreide (arm an Lys, ausreichend Trp)
+ Bohnen (arm an Trp, ausreichend Lys)
pflanzliche Proteine – im menschlichen Organismus oft unvollständighydrolysiert
gemischte Mahlzeit: essentielle AS ergänzen:Getreide (arm an Lys, ausreichend Trp)
+ Bohnen (arm an Trp, ausreichend Lys)
Protein-Energie-Malnutrition (PEM)
Kwashiorkor: „Entwöhnungskrankheit“zu wenig Protein: essentielle AS fehlenHypoalbuminämie („Wasserbauch“)
Marasmus (grch.: verwelken)zu wenig ProteinHypoalbuminämie (Ödeme)generell zu wenig Energiezufuhr