EL-MO Elemente und Moleküle, Schulbuch

KM-8: Chemische Grundlagen des Lebens Die Entfernung des Stickstoffs aus den Aminosäuren 297 297 Beim Aminosäureabbau spielen vier Aminosäuren die Hauptrolle. Es sind Ala- nin, Aspartat, Glutamat und Glutamin. Die entsprechenden Ketosäuren sind aus dem Kohlenhydratstoffwechsel und dem Citratcyclus bekannt, nämlich Pyruvat, Oxalacetat und α -Ketoglutarat. Glutamin ist das Amin von Glutamat, wird also ebenfalls zu α -Ketoglutarat abgebaut. Über diese vier Aminosäuren laufen der Abbau und die „Entsorgung“ der Aminogruppe. Auch die Synthese dieser vier Aminosäuren durch Transaminierung ist leicht möglich, da die entsprechenden Ketosäuren ja reichlich zur Verfügung stehen. Die Desaminierung Bei der Desaminierung wird die stickstoffhaltige Gruppe als Ammoniak bzw. als NH 4 + -Ion abgespalten. Eine Aminogruppe wird dabei oxidativ mit NAD + oder NADP + entfernt (unter Gewinn von NADH.H + bzw. NADP H.H + ) und durch eine Ketogruppe ersetzt (oxidative Desaminierung, Abb. 297–2 unterer Teil). Im Falle einer Amidgruppe wird das Amid hydrolysiert (hydrolytische Desaminierung), also durch Wasseranlagerung entfernt. Aus dem Amid entsteht wieder die Säure (bzw. deren Anion). Wie wird die Zelle den Ammoniak los? Da Ammoniak ein Zellgift ist, muss die Zelle das Molekül unschädlich machen. Der Umbau zu Harnstoff findet praktisch nur in der Leber statt (auch in der Niere, dient dort aber der pH-Regulierung). Andere Zellen lösen das Problem, indem sie den Ammoniak unter ATP Verbrauch wieder mit Glutamat zum Glu- tamin umsetzen, also ein Amid herstellen (die Umkehrung der hydrolytischen Desaminierung). Das Glutamin wird ans Blut abgegeben und so zur Leber transportiert. Wegen seiner Funktion als Stickstofftransporter ist Glutamin die häufigste Aminosäure im Blut. Alanin zur Überbrückung von Nahrungsmangelsituationen Bei Nahrungsmangel, und hier genügt schon eine Nacht, geht die Glycogen- reserve der Leber rasch zur Neige. Es muss daher zur Aufrechterhaltung des Blutzuckerspiegels Glucose synthetisiert werden (siehe Exkurs Stoffwechsel bei Nahrungsmangel, Seite 299). Dazu ist Pyruvat erforderlich. Aus Glucose kann es in dem Fall nicht gewonnen werden, da diese ja fehlt und hergestellt werden soll. Daher wird die Leber mit Alanin versorgt. Das Alanin wird durch Transaminierung mit α -Ketoglutarat zu Pyruvat umgesetzt. Das Alanin stammt aus den Muskelzellen. Es wird dort entweder aus Pyruvat durch Transaminierung mit Glutamat hergestellt (umgekehrte Reaktion wie die eben besprochene in den Leberzellen). Der Muskel beendet die Glycolyse dabei beim Pyruvat, nutzt also nur einen Teil der Energie. Die zweite Möglichkeit ist der Abbau von Muskeleiweiß. Daher ist Alanin die zweithäufigste Aminosäure im Blut. In Fastenphasen bilden Glutamin und Alanin fast ein Drittel der Ami- nosäuren des Blutes. Die Leber als zentrales Organ des Aminosäurestoffwechsels Der Aminosäureabbau findet hauptsächlich in der Leber statt. Dort ist der erste Schritt die Transaminierung der abzubauenden Aminosäure mit α -Ketoglutarat. Aus α -Ketoglutarat wird Glutamat, aus der Aminosäure eine α -Ketosäure. Der weitere Weg dieser α -Ketosäure soll später betrachtet werden. Wir wollen nun den Weg des Stickstoffs verfolgen. Der Stickstoff aus der abzubauenden Aminosäure liegt nach diesem Schritt als Glutamat vor. Glutamat wird nun oxidativ desaminiert. Es bildet sich α -Ketoglutarat zurück und steht wieder für eine weitere Transaminierung zur Verfügung. Der Ammoniak aus dieser Reaktion wird nun in der Leber un- schädlich gemacht, indem er in Harnstoff umgewandelt wird. Die dazu nötige Reaktionsfolge wird Harnstoffcyclus genannt. Er wurde 1932 von Hans Krebs entdeckt. Wir kennen den Wissenschaftler schon vom Citratcyclus, der auch von ihm aufgeklärt wurde. Abb. 297–1: Transaminierung einer Aminosäure zur Ketosäure H 3 N C C OO H R C C OO R O C C OO O OO C CH C OO H 3 N OO C Aminosäure Ketosäure Glutamat α -Ketoglutarat H O H NAD + H 4 N NADH.H + Abb. 297–2: Alanin ist das Transportvehikel um Muskeleiweiß in der Leber für die Gluconeogenese zu nutzen. O O O C H CH 3 C OO N H 3 O CH 3 C OO C C OO H 2 C C H CH 2 C OO N H 3 C H CH 3 C OO N H 3 O CH 3 C OO C O CH 2 C OO C OO H 2 C C C H CH 3 C OO N H 3 O CH 2 C OO C OO H 2 C C C OO H 2 C C H CH 2 C OO N H 3 N H 4 Harnstoff- cyclus Gluco- neogenese Glycolyse Muskelprotein Energie Aminosäuren Muskel Leber C OO H 2 C C CH 2 C OO O NAD + NADH • H + H 2 O Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv