EL-MO Elemente und Moleküle, Schulbuch

Harnstoffcyclus – Aminosäureabbau 298 298 Der Harnstoffcyclus Das Ammoniumion wird mit Kohlenstoffdioxid und 2 ATP zu Carbamylphosphat umgesetzt (Abb. 298–1). Dieses reagiert mit Ornithin, einer nicht proteinoge- nen Aminosäure, zu Citrullin. Letzteres reagiert, mit Aspartat über Argininosuc- cinat zu Arginin. Auch für diese Reaktion ist ATP erforderlich (eigentlich zwei, da AMP entsteht, wir kennen das von der Fettsäureaktivierung). Aus Aspartat stammt der zweite Stickstoff für die Harnstoffsynthese. Das Aspartat wird im nächsten Schritt zu Fumarat. Arginin spaltet unter Wasseraufnahme Harnstoff ab, wobei sich Ornithin wieder zurückbildet (Abb. 298–1). Insgesamt wurden für die Bildung eines Harnstoffmoleküls 4 Moleküle ATP benötigt. Die Umwandlung des Stickstoffs in eine ausscheidungsfähige Form verbraucht also Energie. Der Harnstoff wird über das Blut zu den Nieren trans- portiert und über den Harn ausgeschieden. Auch der Stickstoff aus den anderen Zellen, der als Glutamin zur Leber trans- portiert wurde, wird in den Leberzellen ausscheidungsfähig gemacht. Gluta- min wird hydrolytisch desaminiert. Die Leber hat also ein Enzym zur Glutamin- desaminierung, jedoch keines zur Glutaminsynthese, wie es in allen anderen Zellen zu finden ist. Dies ist auch nicht notwendig, denn die Leber soll ja den Stickstoff entsorgen. Aus Glutamin entsteht wieder Glutamat, das seine Funk- tion als Stickstofftransporter im Blut wieder aufnehmen kann. Der bei der Des- aminierung entstehende Ammoniak tritt in den Harnstoffcyclus ein. Da die Leber die zentrale Drehscheibe für den Eiweißstoffwechsel ist, läuft dort nicht nur der Aminosäureabbau, sondern auch Proteinaufbau ab. Dabei werden die Proteine des Blutplasmas synthetisiert. Schädigung der Leber Obwohl die Leber für unseren Stoffwechsel so wichtig ist, behandeln wir sie sehr schlecht. Übermäßiger Alkoholkonsum, aber auch starke Überernährung schädigen sie und bewirken eine Fettleber («Stopfleber» bei Geflügel c Info- Kasten), also gesundheitlich schädlichen Fettanteil. Hier sind vor allem süße Getränke die Ursache, vor allem Zucker auf Fructosebasis. Fructose wird direkt in der Leber verstoffwechselt und unterliegt nicht der Blutzuckerregulierung über das Insulinsystem. Der Zustand der Leber kann bei der Blutuntersuchung festgestellt werden. Die zwei wichtigsten Transaminierungsenzyme, die Glu- tamat-Oxalacetat-Transaminase (GOT) und die Glutamat-Pyruvat-Transaminase (GPT) sind in gesunden Leberzellen in recht hoher Konzentration vorhanden. Wenn Leberzellen absterben, gelangen sie ins Blut. Hohe Werte dieser zwei Enzyme im Blut zeigen einen Leberschaden an. Der Weg des Kohlenstoffgerüsts der desaminierten Aminosäuren Die Ketosäuren, die nach der Desaminierung der Aminosäuren entstehen, werden im Stoffwechsel abgebaut. Die vier genannten zentral wichtigen Ami- nosäuren bilden direkt Ketosäuren, die als Zwischenprodukte im Citratcyclus vorkommen. Sie erhöhen also den Umsatz im Citratcyclus. Von dort können sie wieder entnommen werden, zB Als Oxalacetat, das zu Pyruvat decarboxyliert werden kann, und dieses weiter zu AcCoA ( → Citratcyclus, Seite 292). Alle anderen Aminosäuren haben einen jeweils eigenen Abbauweg. Eine ge- nauere Betrachtung sprengt den Rahmen dieses Buches. Gemeinsam ist ihnen aber, dass auch sie zu Zwischenprodukten des Citratcyclus umgebaut werden. Aminosäuren als Ausgangsstoffe für Synthesen im Stoffwechsel Die Aminosäuren sind auch wichtige Ausgangsstoffe für Synthesen im Organis- mus. Die biogenen Amine, die durch Decarboxylierung erhalten werden, wur- den schon erwähnt. Beispiele sind: Aus Histidin entsteht das Gewebshormon Histamin , aus Phenylalanin und Tyrosin der Neurotransmitter Dopamin , aus Tryptophan das Gewebshormon Serotonin , das als Neurotransmitter im Gehirn wirkt. Aus Serotonin entsteht das „Schlafhormon” Melatonin. Die Aminosäure Cystein dient zum Aufbau des wichtigen Coenzym A. Sie wird an phosphorylierte Pantothensäure (Vitamin B5) gebunden und dann decar- boxyliert. Die –SH-Gruppe des Coenzym A stammt also aus Cystein. Abb. 298–1: Der Ausscheidung des Stickstoffs über den Harnstoffcyclus Bei Tieren kann die Fettleber durch Zwangsüberernährung künstlich herbei- geführt werden. Vor allem bei Gänsen und Enten wird so eine Fettleber vom etwa sechsfachen Gewicht einer nor- malen Leber erzeugt. Diese Stopfleber gilt als Delikatesse. In Österreich ist das „stopfen“ (das zwangsweise Zuführen von Nahrung, die dem Tier in den Hals gestopft wird) verboten. zur „Stopfleber“ Aminosäuren Glutamat NH 4 + Transaminierung Desaminierung α -Keto- glutarat P P P A P P P A C O 2 O C N H 2 P P P A P P A P Ornithin Citrullin Ornithin Citrullin Arginin Arginino- succinat Aspartat Oxalacetat Malat Fumarat O C N H 2 N H 2 H O H P P P P A P A P P H O H Harnstoff- cyclus Citronensäure- cyclus Cytosol Mitochondrium Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv