Zur Erinnerung…. - Exportine und Importine sind die Rezeptoren für den Kern-Zytoplasma- Transport. Die Ran-GTPase kontrolliert die Richtung des Transports. -Proteine werden durch das Ubiquitin-System abgebaut. Der C-Terminus der Ubiquitin-Einheit wird über eine Isopetidbindung an das zu degradierende Protein geknüpft (Lys). Tetraubiquitin ist das Abbausignal. -Drei Enzyme ermöglichen die Ubiquitin-Konjugation: E1 (aktivierendes Enzym), E2 (konjugierendes Enzyme) und E3 (Ubiquitin-Ligasen). -Das Zusammenspiel von verschiedenen E2 und E3 ermöglichen eine breite Substratspezifität der Konjugationsreaktion. -Die Halbwertszeit eines Proteins wird durch die Natur seines N-Terminus (N-end rule) und/oder durch bestimmte interne Sequenzen bestimmt. -Das Proteasom baut Ubiquitin-konjugierte Protein ab. -Aminosäuren können über spezifische Enzyme abgebaut, und in den Intermediärstoffwechsel eingeschleust werden.

Der Abbau der Aminosäuren -viele Aminosäuren transferieren die Aminogruppe auf a-Ketoglutarat wobei Glutamat entsteht. Glutamat kann dann desaminiert werden.

Die Transaminase-Reaktion -Der Transfer der a-Aminogruppe auf eine a-Ketosäure wird durch Aminotransferasen (auch Transaminase genannt) katalysiert. häufig a-Ketoglutarat häufig Glutamat Bsp: Aspartat-Aminotransferase (OAA) Alanin-Aminotransferase (Pyruvat) Merke: Diese Reaktionen sind reversibel, und können so auch für die Synthese von Aminosäuren aus a-Ketosäuren verwendet werden!

Der Kofaktor aller Transaminasen Hydroxylgruppe die leicht sauer ist. Pyridingring, der leicht basisch ist.

Der Kofaktor Pyridoxalphosphat die Aldehydgruppe ist wichtig für die Transaminierungsreaktion, da sie Schiff-Basen mit primären Aminen ausbilden kann

Die Schiff‘schen Basen O NHR‘ R C H OH NHR‘ R C H -H2O + R-NH2 R C H primäres Amin Halbaminal (instabil) Imin (Schiff‘sche Base)

As aus dem aktiven Zentrum Ein internes Aldimin wird zu einem externen Aldimin As aus dem aktiven Zentrum des Enzyms As die desaminiert werden soll PLP im aktiven Zentrum

Der Mechanismus der Transaminierung: 1. Schritt Eine Elektronenfalle

Der Mechanismus der Transaminierung: 2. Schritt

Der Mechanismus der Transaminierung: 3. Schritt

Der zweite Teilschritt der Transaminierung Der zweite Teilschritt ist die Umkehrreaktion der ersten z.B. kann a-Ketoglutarat jetzt mit dem PMP zum Glutamat reagieren. Aminosäure1 + a-Ketosäure 2 Aminosäure 2 + a-Ketosäure 1

Enzyme mit PLP als Cofaktor H+ R Das PLP destabilisiert häufig eine der drei Bindungen am a-C-Atom. a-C-Atom

Die stereoelektronische Kontrolle Die Bindung am a-C die am meisten Senkrecht zu den p-Orbitalen der Elektronenfalle steht, wird destabilisiert (=stereoelektronische Kontrolle)

Die oxidative Desaminierung: 1.Schritt Glutamat-Dehydrogenase Vergleiche zur Oxidation von Alkoholen

Die oxidative Desaminierung: 2.Schritt -Die Hydrolyse der Schiff-Base setzt das Ammoniak frei. -a-Ketoglutarat kann dann an einer neuen Transaminasereaktion teilnehmen.

Die Bilanz der oxidativen Desaminierung Glutatmat-DH Transaminasen

Die Regulation der Glutamat-DH -Glutamat-DH ist ein allosterisches Enzym mit 6 UE -GTP und ATP sind allosterische Inhibitoren. -GDP und ADP sind allosterische Aktivatoren. -Die Erniedrigung der Energieladung der Zelle beschleunigt den Abbau von Aminosäuren.

Serin und Threonin können direkt desaminiert werden -die meisten AS übertragen die Aminogruppe bei der Desaminierung auf a-Ketoglutarat. -Ser und Thr können aber durch Dehydratasen direkt desaminiert werden. -Hydroxylgruppe am ß-C-Atom ermöglicht diese Reaktion. Serin Pyruvat + NH4+ Threonin a-Ketobutyrat + NH4+

Der Alaninzyklus - Der Aminosäureabbau findet häufig im Muskel und in anderen Geweben bei körperlicher Anstrengung und/oder in Fastenzeiten statt. -Diesen Geweben fehlen jedoch die Enzyme des Harnstoffzykluses. -Der Alanin-Zyklus gewährleistet den Transport von Ammoniak vom Muskel in die Leber: Der Muskel überträgt seine Stoffwechsellast auf die Leber Pyruvat z.B. Gluconeo- genese

Der Harnstoffzyklus -ein Teil des beim Abbau der As gewonnen Ammoniaks wird in anabole Stoffwechselwege eingeschleust (z.B. Herstellung von Nucleinsäuren). -Der überschüssige Anteil wird durch die meisten Landwirbeltiere in Harnstoff umgebaut und ausgeschieden (ureolytische Organismen). H. Krebs und K. Henseleit (Medizinstudent) haben den Harnstoffzyklus als ersten zyklisch verlaufenden Stoffwechselweg beschrieben.

Der Harnstoffzyklus: ein erster Überblick eine Aminogruppe kommt vom Aspartat!

Die Einschleusung des Ammoniaks in den Harnstoffzyklus -der Verbrauch von zwei Molekülen ATP macht die Reaktion nahezu irreversibel. eine Reaktion der Carbamoyl-Synthase

eine Anhydrid-Bindung Der erste Schritt: Aktiverung des Bicarbonats eine Anhydrid-Bindung (=energiereich)

Reaktion der energiereichen Anhydridbindung mit Ammoniak Der zweite Schritt: Reaktion der energiereichen Anhydridbindung mit Ammoniak (Carbaminsäure)

wieder eine Anydridbindung Dritter Schritt: Die Aktivierung der Carbaminsäure wieder eine Anydridbindung (=energiereich)

Das Einschleusen von Stickstoff in den Harnstoffzyklus (in der Mitomatrix) hohes Gruppenübertragungs- Potential Nicht-proteinogene AS! vgl. Lys vgl. Arg

Die cystosolische Phase des Harnstoffzyklus Succinat wie üblich: die Reaktion wird durch die Hydrolyse des PPi irreversibel gemacht! ist Donor der zweiten Aminogruppe

das Kohlenstoffgerüst des Die Bildung von Arginin und Fumarat das Kohlenstoffgerüst des Aspartats Proteinogene As

Der letzte Schritt: Die Abspaltung von Harnstoff zurück in die Matrix der Mitos zur Reaktion mit Carbamoylphosphat Asp NH4+ wird ausgeschieden

Die Stöchiometrie des Harnstoffzyklus CO2 + NH4+ + 3 ATP + Aspartat + 2 H2O Harnstoff + 2 ADP + 2 Pi + AMP + PPi + Fumarat 2 ATP für die Herstellung von Carbamoylphosphat 1 ATP AMP für die Herstellung von Argininosuccinat

Die Verknüpfung des Harnstoffzyklus mit anderen Stoffwechselwegen Gluconeogenese Citratzyklus