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Stoffwechsel von Aminogruppen Katja Arndt, 30.10.2006.

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Präsentation zum Thema: "Stoffwechsel von Aminogruppen Katja Arndt, 30.10.2006."—  Präsentation transkript:

1 Stoffwechsel von Aminogruppen Katja Arndt,

2 K. Arndt, 10/2006 Aminosäure-Metabolismus Nahrungsproteine Aminosäure-Pool Proteine, Enzyme andere N-haltige Substanzen Kohlenstoff-Skelett NH 4 + Harnstoff Acteyl-CoA Pyruvat, Intermediate des Citrat-Cyclus ATP-ProduktionGlukose oder

3 K. Arndt, 10/2006 Stoffwechsel der Aminogruppen periphere Organe Glutamin Umbau Abbau Harnstoff Leber Niere

4 K. Arndt, 10/2006 Warum Aminostoffwechsel ? Aminosäuren wichtig für Protein-Biosynthese. Zellen können Amino-Gruppe nicht vollständig zu N 2 oxidieren. Primäres Abbauprodukt ist Ammoniak (= NH 3 ) – toxisch! Umwandlung in nicht-toxisches, gut wasserlösliches Molekül: Harnstoff

5 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. B 6 : Pyridoxal)

6 K. Arndt, 10/2006 Die wichtigsten Moleküle beim Aminostoffwechsel COO | H 3 N + C α H | R 1 COO | O = C α | R 1 α-Aminosäure α-Ketosäure COO | H 3 N + C α H | CH 3 COO | O = C α | CH 3 COO | H 3 N + C α H | CH 2 | COO | O = C α | CH 2 | COO | H 3 N + C α H | CH 2 | CH 2 | COO | O = C α | CH 2 | CH 2 | COO | H 3 N + C α H | CH 2 | CH 2 | H 2 N C = O Alanin Pyruvat α-Ketopropionsäure Brenztraubensäure Aspartat Oxalacetat α-Ketobernsteinsäure Glutamat α-Ketoglutarat Glutamin

7 K. Arndt, 10/2006 Transaminierung: Überblick COO | H 3 N + C α H | R 1 COO | O = C α | R 1 α-Aminosäure 1 α-Ketosäure 1 COO | H 3 N + C α H | R 2 COO | O = C α | R 2 α-Aminosäure 2 α-Ketosäure 2 Transaminase (PALP)

8 K. Arndt, 10/2006 COO | O = C α | CH 2 | CH 2 | COO Transaminierung: Überblick COO | H 3 N + C α H | R 1 COO | O = C α | R 1 α-Aminosäure 1 α-Ketosäure 1 α-Ketoglutarat Glutamat COO | H 3 N + C α H | CH 2 | CH 2 | COO Transaminase (PALP) COO | O = C α | CH 2 | COO Oxalacetat Aspartat COO | H 3 N + C α H | CH 2 | COO

9 K. Arndt, 10/2006 Mechanismus der Transaminierung – Teil 1 PALP (Pyridoxalphosphat) Einlagerung Aminosäure PAMP (Pyridoxaminphosphat) Abspaltung α-Ketosäure Schiffsche Base (Aldimin, C=N) aus PALP und Aminosäure

10 K. Arndt, 10/2006 Mechanismus der Transaminierung – Teil 2 PALP (Pyridoxalphosphat) PAMP (Pyridoxaminphosphat) Einlagerung α-Ketosäure Abspaltung Aminosäure Schiffsche Base (Aldimin, C=N) aus PALP und Aminosäure

11 K. Arndt, 10/2006 Für die Klinik wichtige Aminotransferasen Aspartat-Aminotransferase (AST, ASAT) Aspartat/Glutamat-Aminotransferase alter Name: Glutamat-Oxalacetat-Transaminase (GOT, SGOT) COO | O = C α | CH 2 | CH 2 | COO | H 3 N + C α H | CH 2 | COO | O = C α | CH 2 | COO α-Ketoglutarat Glutamat Aspartat-Aminotransferase COO | H 3 N + C α H | CH 2 | CH 2 | COO Aspartat Oxalacetat Enzym der Leber (Mitochondrien), gelangt bei Leberschädigung in Blutplasma.

12 K. Arndt, 10/2006 Für die Klinik wichtige Aminotransferasen Alanin-Aminotransferase (ALT, ALAT) Alanin/Glutamat-Aminotransferase alter Name: Glutamat-Pyruvat-Transaminase (GPT, SGPT) COO | O = C α | CH 2 | CH 2 | COO | O = C α | CH 3 α-Ketoglutarat Glutamat Alanin-Aminotransferase COO | H 3 N + C α H | CH 2 | CH 2 | COO | H 3 N + C α H | CH 3 Alanin Pyruvat Enzym der Leber (Zytoplasma), gelangt bei Leberschädigung in Blutplasma.

13 K. Arndt, 10/2006 Bedeutung in der Diagnostik

14 K. Arndt, 10/2006 Bedeutung in der Diagnostik

15 K. Arndt, 10/2006 Glukose-Alanin-Zyklus Energieversorgung des Muskels. Abtransport von NH 4 + aus dem Muskel zur Leber.

16 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 NH 3 und Ausbildung einer Doppelbindung – seltene Reaktion

17 K. Arndt, 10/2006 Oxidative Desaminierung COO | O = C α | CH 2 | CH 2 | COO | H 3 N + C α H | CH 2 | CH 2 | COO α-Ketoglutarat α-Iminoglutarat (Schiffsche Base) COO | H 2 N + = C α | CH 2 | CH 2 | COO Glutamat H2OH2O NH 4 + 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

18 K. Arndt, 10/2006 Hydrolytische Desaminierung COO | H 2 N C α H | CH 2 | CH 2 | O C = O COO | H 3 N + C α H | CH 2 | CH 2 | H 2 N C = O Glutamat Glutamin H2OH2O NH 4 + Glutaminase (aktiviert durch P i ) Glutamin Glutamat Asparagin Aspartat Leber: Harnstoffsynthese Niere: Sekretion Glutamin- Synthetase ATP ADP + P i N für Purin- und Pyrimidinbiosynthese Niere: NH 4 + zur Kontrolle des Urin pH Nerven: Inaktivierung des Neurotransmitters Glutamat Muskel: Substrat für Gluconeogenese in Leber

19 K. Arndt, 10/2006 Decarboxylierung Entstehung biogener Amine. Pyridoxalphosphat (PALP) als Coenzym. fast alle Aminosäuren α-Aminosäure COO | H 3 N + C α H | R H | H 3 N + C α H | R biogenes Amin CO 2 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

20 K. Arndt, 10/2006 Stoffwechsel der Aminogruppen Glutamin Leber Niere Peripherie versch. AS Glutamat NH 3 Glutamin Glutamat α-Ketoglutarat Harnstoff NH 3 Harnstoff COO | H 3 N + C α H | CH 2 | CH 2 | H 2 N C = O Glutamin

21 K. Arndt, 10/2006 Glutamat α-Ketoglutarat, 2[H] NH 4 + HCO 3 NH 2 + COO || | CHNCH | | CH 2 NH CH 2 | | CH 2 COO | CH 2 | HCNH 3 + | COO Argininosuccinat COO | H 3 N + C α H | CH 2 | COO Aspartat CH 2 NH 3 + | CH 2 | CH 2 | HCNH 3 + | COO Ornithin NH 2 | C = O | CH 2 NH | CH 2 | CH 2 | HCNH 3 + | COO Citrullin NH 2 + || CNH 2 | CH 2 NH | CH 2 | CH 2 | HCNH 3 + | COO Arginin HCCOO || HCCOO Fumarat H 2 NCNH 2 || O Harnstoff O || H 2 NC~ P Carbamoyl- Phosphat P 2 ATP 2 ADP+P i ATP AMP+PP i MitochondriumCytosol Carbamoyl- phosphat- Synthetase Ornithin- Carbamoyl- Transferase Arginiosuccinat- Synthase Arginase Arginiosuccinat- Lyase

22 K. Arndt, 10/2006 Glutamat α-Ketoglutarat, 2[H] NH 4 + HCO 3 NH 2 + COO || | CHNCH | | CH 2 NH CH 2 | | CH 2 COO | CH 2 | HCNH 3 + | COO Argininosuccinat COO | H 3 N + C α H | CH 2 | COO Aspartat CH 2 NH 3 + | CH 2 | CH 2 | HCNH 3 + | COO Ornithin NH 2 | C = O | CH 2 NH | CH 2 | CH 2 | HCNH 3 + | COO Citrullin NH 2 + || CNH 2 | CH 2 NH | CH 2 | CH 2 | HCNH 3 + | COO Arginin HCCOO || HCCOO Fumarat H 2 NCNH 2 || O Harnstoff O || H 2 NC~ P Carbamoyl- Phosphat P 2 ATP 2 ADP+P i ATP AMP+PP i MitochondriumCytosol Song: OE Kabarett, Charité Harnstoffcyclus Carbamoyl- phosphat- Synthetase Ornithin- Carbamoyl- Transferase Arginiosuccinat- Synthase Arginase Arginiosuccinat- Lyase

23 K. Arndt, 10/2006 Literatur Bücher: Löffler, Petrides: Biochemie & Pathobiochemie, Springer Verlag, 7. Auflage, Horn, et al.: Biochemie des Menschen, Thieme Verlag, 3. Auflage, Doenecke, Koolman, Fuchs, Gerok: Karlsons Biochemie und Pathobiochemie, Thieme Verlag, 15. Auflage, Berg, Tymoczko, Stryer: Biochemistry, W.H.Freeman & Co bzw. Spektrum Verlag, 5. Auflage, 2002/2003. (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books oder ).http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books


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