Stoffwechsel von Aminogruppen Katja Arndt, 30.10.2006.

Stoffwechsel von Aminogruppen

Katja Arndt, 30.10.2006

K. Arndt, 10/2006

Aminosäure-Metabolismus

Nahrungsproteine

Aminosäure-Pool

Proteine, Enzymeandere N-haltige

Substanzen

Kohlenstoff-Skelett NH4+

HarnstoffActeyl-CoAPyruvat,

Intermediate des Citrat-Cyclus

ATP-Produktion Glukoseoder

K. Arndt, 10/2006

Stoffwechsel der Aminogruppen

periphere Organe

Glutamin

Umbau

Abbau

Harnstoff

Leber

Niere

K. Arndt, 10/2006

Warum Aminostoffwechsel ?

• Aminosäuren wichtig für Protein-Biosynthese.

• Zellen können Amino-Gruppe nicht vollständig zu N2 oxidieren.

• Primäres Abbauprodukt ist Ammoniak (= NH3) – toxisch!

• Umwandlung in nicht-toxisches, gut wasserlösliches Molekül: Harnstoff

K. Arndt, 10/2006

Entsorgung des Stickstoffs

• Transaminierung: Übertragung der Amino-Gruppe auf anderes Molekül.

• Desaminierung: Abspaltung der Amino-Gruppe, Bildung von Ammoniak, Umbau zu Harnstoff.

• Decarboxylierung: Abspaltung der Carboxyl-Gruppe resultiert in Biogenen Aminen, z.B. Histamin, GABA (mengenmäßig unbedeutend).

Coenzym: Pyridoxalphosphat (PLP, PALP) (aus Vit. B6: Pyridoxal)

K. Arndt, 10/2006

Die wichtigsten Moleküle beim Aminostoffwechsel

COO−

|H3N+ — Cα — H | R1

COO−

|O = Cα

| R1

α-Aminosäure

α-Ketosäure

COO−

|H3N+ — Cα — H | CH3

COO−

|O = Cα

| CH3

COO−

|H3N+ — Cα — H | CH2

| COO−

COO−

|O = Cα

| CH2

| COO−

COO−

|H3N+ — Cα — H | CH2

| CH2

| COO−

COO−

|O = Cα

| CH2

| CH2

| COO−

COO−

|H3N+ — Cα — H | CH2

| CH2

| H2N — C = O

Alanin

Pyruvatα-KetopropionsäureBrenztraubensäure

Aspartat

Oxalacetatα-Ketobernsteinsäure

Glutamat

α-Ketoglutarat

Glutamin

K. Arndt, 10/2006

COO−

|O = Cα

| CH2

| CH2

| COO−

Transaminierung: Überblick

COO−

|H3N+ — Cα — H | R1

COO−

|O = Cα

| R1

α-Aminosäure 1

α-Ketosäure 1

α-Ketoglutarat

Glutamat

COO−

|H3N+ — Cα — H | CH2

| CH2

| COO−

Transaminase (PALP)

COO−

|O = Cα

| CH2

| COO−

Oxalacetat

Aspartat

COO−

|H3N+ — Cα — H | CH2

| COO−

K. Arndt, 10/2006

Mechanismus der Transaminierung – Teil 1

PALP(Pyridoxalphosphat)

EinlagerungAminosäure

PAMP(Pyridoxaminphosphat)

Abspaltungα-Ketosäure

Schiffsche Base (Aldimin, C=N) aus PALP und Aminosäure

K. Arndt, 10/2006

Mechanismus der Transaminierung – Teil 2

PALP(Pyridoxalphosphat)

PAMP(Pyridoxaminphosphat)

Einlagerungα-Ketosäure

AbspaltungAminosäure

Schiffsche Base (Aldimin, C=N) aus PALP und Aminosäure

K. Arndt, 10/2006

Für die Klinik wichtige Aminotransferasen

• Aspartat-Aminotransferase (AST, ASAT)Aspartat/Glutamat-Aminotransferasealter Name: Glutamat-Oxalacetat-Transaminase (GOT, SGOT)

COO−

|O = Cα

| CH2

| CH2

| COO−

COO−

|H3N+ — Cα — H | CH2

| COO−

COO−

|O = Cα

| CH2

| COO−

α-Ketoglutarat

Glutamat

Aspartat-Aminotransferase

COO−

|H3N+ — Cα — H | CH2

| CH2

| COO−

Aspartat

Oxalacetat

Enzym der Leber (Mitochondrien), gelangt bei Leberschädigung in Blutplasma.

K. Arndt, 10/2006

Für die Klinik wichtige Aminotransferasen

• Alanin-Aminotransferase (ALT, ALAT)Alanin/Glutamat-Aminotransferasealter Name: Glutamat-Pyruvat-Transaminase (GPT, SGPT)

COO−

|O = Cα

| CH2

| CH2

| COO−

COO−

|O = Cα

| CH3

α-Ketoglutarat

Glutamat

Alanin-Aminotransferase

COO−

|H3N+ — Cα — H | CH2

| CH2

| COO−

COO−

|H3N+ — Cα — H | CH3

Alanin

Pyruvat

Enzym der Leber (Zytoplasma), gelangt bei Leberschädigung in Blutplasma.

K. Arndt, 10/2006

Bedeutung in der Diagnostik

K. Arndt, 10/2006

Glukose-Alanin-Zyklus

• Energieversorgung des Muskels.

• Abtransport von NH4

+ aus dem Muskel zur Leber.

K. Arndt, 10/2006

Desaminierung

• Entfernung der Aminogruppe, Bildung von Ammoniak.

• Bis auf GLDH sind alle Desaminierungen irreversibel.

• Oxidative Desaminierung– Aminogruppe oxidiert, dann hydrolysiert zu α-Ketosäure– Elektronen auf NAD+ oder NADP+ übertragen

• Hydrolytisch Desaminierung– Abspaltung der Säureamidgruppe (Gln, Asn)

• Eliminierende Desaminierung– Eliminierung von NH3 und Ausbildung einer

Doppelbindung– seltene Reaktion

K. Arndt, 10/2006

Oxidative Desaminierung

COO−

|O = Cα

| CH2

| CH2

| COO−

COO−

|H3N+ — Cα — H | CH2

| CH2

| COO−

α-Ketoglutarat

α-Iminoglutarat(Schiffsche Base)

COO−

| H2N+ = Cα

| CH2

| CH2

| COO−

Glutamat

H2O

NH4+

NAD(P)+

NAD(P)H + H+

Glutamat-Dehydrogenase

(GlDH)

Enzym der Leber (nur Mitochondrien), gelangt bei Leberschädigung in Blutplasma.

Trans-Deaminierung:Combination von Transaminase mit Glutamat-Dehydrogenase

K. Arndt, 10/2006

Hydrolytische Desaminierung

COO−

|H2N — Cα — H | CH2

| CH2

| − O — C = O

COO−

|H3N+ — Cα — H | CH2

| CH2

| H2N — C = O

Glutamat

Glutamin

H2O

NH4+

Glutaminase(aktiviert durch Pi)

Glutamin → GlutamatAsparagin → Aspartat

Leber: HarnstoffsyntheseNiere: Sekretion

Glutamin-SynthetaseATP → ADP + Pi

N für Purin- und Pyrimidinbiosynthese Niere: NH4

+ zur Kontrolle des Urin pH Nerven: Inaktivierung des Neurotransmitters Glutamat Muskel: Substrat für Gluconeogenese in Leber

K. Arndt, 10/2006

Decarboxylierung

• Entstehung biogener Amine.• Pyridoxalphosphat (PALP) als Coenzym.• fast alle Aminosäuren

α-Aminosäure

COO−

|H3N+ — Cα — H | R

H |H3N+ — Cα — H | R

biogenes Amin

CO2

Aminosäure-Decarboxylase

(PALP)

z.B....• Histidin → Histamin (Mastzellen)• Glutamat → GABA (Glutamat γ-Aminobutyrat) (Rückenmark)• Phenylalanin, Tyrosin → → → Dopamin, Noradrenalin, Adrenalin• Tryptophan → → Serotonin (Gewebehormon, ZNS) → Melatonin

(Epiphyse)• Cystein → → Taurin (Leber, Gallensäure)• Serin → Ethanolamin (Membranbaustein) → Cholin → Acetylcholin (NS)• Lysin → Kadaverin

K. Arndt, 10/2006

Stoffwechsel der Aminogruppen

Glutamin

Leber

Niere

Peripherie versch. AS

GlutamatNH3

Glutamin

Glutamat

α-Ketoglutarat

Harnstoff

NH3

NH3

Harnstoff

COO−

|H3N+ — Cα — H | CH2

| CH2

| H2N — C = O

Glutamin

K. Arndt, 10/2006

GlutamatGlutamat

α-Ketoglutarat, 2[H]

NH4+HCO3

−

NH2+ COO−

|| | C—HN—CH | | CH2—NH CH2 | | CH2 COO−

| CH2 |H—C—NH3

+

| COO−

Argininosuccinat

COO−

|H3N+—Cα—H | CH2 | COO−

Aspartat

CH2—NH3+

| CH2 | CH2 |H—C—NH3

+

| COO−

Ornithin

NH2 | C = O | CH2—NH | CH2 | CH2 |H—C—NH3

+

| COO−

Citrullin

NH2+

|| C—NH2 | CH2—NH | CH2 | CH2 |H—C—NH3

+

| COO−

Arginin

H—C—COO−

||H—C—COO−

Fumarat

H2N—C—NH2 || O Harnstoff

O ||H2N—C~ P

Carbamoyl-Phosphat

P

2 ATP

2 ADP+Pi

ATP

AMP+PPi

Mitochondrium Cytosol

Carbamoyl-phosphat-Synthetase

Ornithin-Carbamoyl-Transferase

Arginiosuccinat-Synthase

Arginase

Arginiosuccinat-Lyase

K. Arndt, 10/2006

GlutamatGlutamat

α-Ketoglutarat, 2[H]

NH4+HCO3

−

NH2+ COO−

|| | C—HN—CH | | CH2—NH CH2 | | CH2 COO−

| CH2 |H—C—NH3

+

| COO−

Argininosuccinat

COO−

|H3N+—Cα—H | CH2 | COO−

Aspartat

CH2—NH3+

| CH2 | CH2 |H—C—NH3

+

| COO−

Ornithin

NH2 | C = O | CH2—NH | CH2 | CH2 |H—C—NH3

+

| COO−

Citrullin

NH2+

|| C—NH2 | CH2—NH | CH2 | CH2 |H—C—NH3

+

| COO−

Arginin

H—C—COO−

||H—C—COO−

Fumarat

H2N—C—NH2 || O Harnstoff

O ||H2N—C~ P

Carbamoyl-Phosphat

P

2 ATP

2 ADP+Pi

ATP

AMP+PPi

Mitochondrium Cytosol

Song: OE Kabarett, Charité

Harnstoffcyclus

Carbamoyl-phosphat-Synthetase

Ornithin-Carbamoyl-Transferase

Arginiosuccinat-Synthase

Arginase

Arginiosuccinat-Lyase

K. Arndt, 10/2006

Literatur

Bücher:

• Löffler, Petrides: Biochemie & Pathobiochemie, Springer Verlag, 7. Auflage, 2003.

• Horn, et al.: Biochemie des Menschen, Thieme Verlag, 3. Auflage, 2005.

• Doenecke, Koolman, Fuchs, Gerok: Karlsons Biochemie und Pathobiochemie, Thieme Verlag, 15. Auflage, 2005.

• Berg, Tymoczko, Stryer: Biochemistry, W.H.Freeman & Co bzw. Spektrum Verlag, 5. Auflage, 2002/2003. (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books oder http://bcs.whfreeman.com/biochem5/ ).

www.molbiotech.uni-freiburg.de/ka/lehre/dat/Stoffwechsel_Aminogruppen.ppt

Stoffwechsel von Aminogruppen Katja Arndt, 30.10.2006.

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