EL-MO II Moleküle, Schulbuch

146 Eiweißverdauung – Aminosäurestoffwechsel Der 1. Schritt der Eiweißverdauung ist die Zerlegung in Aminosäuren durch Peptida - sen. Eiweißhältige Nahrung wird meist durch Kochen denaturiert. An denaturiertem Eiweiß können die Peptidasen besser angreifen. Der Eiweißabbau beginnt im Magen durch Pepsin und wird im Dünndarm durch andere Peptidasen wie Trypsin fortge - setzt. Die Aminosäuren werden resorbiert. Obwohl Aminosäuren im Organismus vor allem der Synthese von Eiweiß dienen, muss es auch einen Weg geben, Aminosäuren als Energiequelle zu nutzen und sie in den Energiestoffwechsel einzuschleusen. Dies geschieht verstärkt bei Eiweißüberernäh - rung, da die überschüssigen Aminosäuren nicht gespeichert werden können, und bei starkem Nahrungsmangel, bei dem der Körper seine sonstigen Energiereserven auf - gebraucht hat und von der Substanz leben muss. Beim Abbau liefert 1 g Eiweiß etwa 17,2 kJ Energie, also etwa so viel wie 1 g Kohlenhydrat. Auch bei normaler Ernährung baut der Körper ständig Eiweiß ab. Bluteiweiß wird in ewa 10 Tagen zur Hälfte erneuert, das der Leberzellen in etwa 20 Tagen, Muskelei - weiß in ca. 160 Tagen. Dadurch verbraucht der Organismus einen Teil seiner lebens - notwendigen Eiweißsubstanz. Sie muss durch tägliche Eiweißzufuhr ersetzt werden. Beim Abbau der Aminosäuren tritt ein Problem auf. Der Stickstoff muss aus dem Molekül abgespalten und in eine Form übergeführt werden, in der er ausgeschieden werden kann. Bei den Landwirbeltieren ist dies der Harnstoff. Der Mensch scheidet täglich 20–30 g Harnstoff mit dem Harn aus. Der Aminosäureabbau findet haupt - sächlich in der Leber statt. Dort wird die Aminogruppe der Aminosäure auf α -Ketoglutarat übertragen (Transaminierung). Aus α -Ketoglutarat wird Glutamat, aus Aminosäure α -Ketosäure. Deren weiterer Weg soll später betrachtet werden. Der Stickstoff der abzubauenden Aminosäuren liegt nach diesem Schritt als Glutamat vor. Glutamat wird nun von NAD + mit dem Enzym Glutamat-Dehydrogenase oxidiert. Es bildet sich α -Ketoglutarat zurück, der Stickstoff wird als Ammonium-Ion frei (oxi - dative Desaminierung, Abb. 146.3). Ammonium-Ionen sind für Säugetiere in größerer Konzentration aber giftig. Daher werden sie in Harnstoff umgewandelt. Dieser Schritt wird Harnstoffcyclus (Abb. 146.2) genannt. Er wurde 1932 von Hans Krebs entdeckt. Das Ammonium-Ion wird mit Kohlenstoffdioxid und 2 ATP zu Carbamoylphosphat umgesetzt. Dieses reagiert mit Ornithin (im Eiweiß seltene Aminosäure, als Stoff - wechselzwischenprodukt aber wichtig) zu Citrullin. Citrullin wieder reagiert mit As - paraginsäure zu Arginin. Auch für diese Reaktion ist ein ATP erforderlich, das zu AMP umgesetzt wird. AMP verbraucht ein weiteres ATP. Aus der Asparaginsäure stammt der 2. Stickstoff zur Harnstoffsynthese. Die Asparaginsäure wird dabei zu Fumarat. Arginin spaltet unter Wasseraufnahme Harnstoff ab, wobei sich wieder Ornithin zu - rückbildet. Insgesamt werden für die Bildung eines Harnstoffmoleküls 4 ATP benötigt. Die Um - wandlung des Stickstoffs in eine ausscheidungsfähige Form verbraucht also Energie. Der Harnstoff wird über Blut und Nieren ausgeschieden. Die Verwertung des Kohlenstoffgerüsts der Aminosäuren ist etwas komplizierter. Asparaginsäure wird direkt im Harnstoffcyclus zu Fumarat abgebaut. Aus Glutamat wird α -Ketoglutarat. Beides sind Zwischenprodukte des Citratcyclus und werden dort benötigt. Auch der Abbau aller anderen Aminosäuren, der hier nicht besprochen werden kann, endet bei Zwischenprodukten des Citratcyclus, Acetyl-Coenzym A oder Pyruvat. H 2 C CH 2 CH 2 HC 2 ADP COO NH 3 2 ATP + 2 ADP NH 3 ATP C H 2 N O O AMP ATP AMP P + 2 Fumarat H 2 C CH 2 Aspartat CH 2 HC Carbamoyl- phosphat Ornithin COO NH 3 Citrullin Arginin N H C NH 2 O H 2 C CH 2 CH 2 HC COO NH 3 N H C NH 2 NH P P P H 2 O C NH 2 NH 2 O NH 4 + HCO 3 – Protein Endopeptidasen Peptide Exopeptidasen Aminosäuren körper- eigenes Eiweiß Ketosäuren Citrat- cyclus Harnstoff- cyclus NH 4 + CO 2 Harnstoff Abbau Aufbau Abb. 146.1: Die Verwertung der Proteine Abb. 146.2: Der Harnstoff-Cyclus Abb. 146.3: Stickstoffabgabe einer Aminosäure COO C CH 2 NAD Transaminierung oxidative Desaminierung H 2 O COO C H 3 N H R COO C R O COO C CH 2 CH 2 H H 3 N O COO C CH 2 CH 2 O NH 4 NADH CH 2 COO COO COO 9 der STOFFWeCHsel Nur zu Prüfzw cken – Eigentum des Verlags öbv