Harnstoff-, Aminosäure- und Porphyrin-Stoffwechsel im Überblick
Kontrolle der Harnstoff-Biosynthese
Kontrolle der Harnstoff-Biosynthese (CO2 + NH4+ + 4 ATP + Asp → Harnstoff + Fumarat + 4 ADP + 2 Pi + PPi)
Langfristig: Ernährung, die reich an Protein ist, führt über Hunger zur (+)-Stimulation der Biosynthese der Enzyme des Harnstoffzyklus.
Kurzfristig erfolgt die Herstellung von Harnstoff über den Harnstoffzyklus: N-Acetylglutamat (+) stimuliert die Carbamoylphosphat-Synthetase I, wodurch die Harnstoff-Produktion erfolgt.
Gluconeogene Aminosäuren: Pyruvat
[Ala, Ser, Gly, Thr, Trp, Cys]
Gly → (+ Methyl-THF → THF) → Ser → (+ PLP)
F. Oxalacetat
[Asp, Asn]
Asn ↔ Asp → Oxalacetat
F. α-Ketoglutarat
[Glu, Gln, Pro, Arg, Ser]
α-Ketoglutarat ↔ Glu (Ornithin → Arg → Ser → Pro → Hydroxyprolin mit THF) ↔ Gln
F. Succinyl-CoA
[Val, Met, Ile, Thr, (Ser)]
Met → (ATP) → SAM → 5′-Adenosyl-Homocystein → Homocystein → (THF) → Met; Homocystein → (+ Ser) → Cystathionin → Succinyl-CoA ↔ Propionyl-CoA (aus Val, Thr, Ile)
F. Fumarat
[Phe, Tyr]
Phe → Tyr → (Vereinigung mit Acetyl-CoA ↔ Acetoacetat) → Fumarat
Ketogene F. Acetyl-CoA
[Leu, Lys]
Acetyl-CoA ↔ Acetoacetat ↔ Lys und Leu
GLUKOKETOGENE AS: [Trp, Ile, Thr, Phe, Tyr]
Biogene Amine durch Decarboxylierung von Aminosäuren
Glutamat → [Glutamat-Decarboxylase, Coenzym PLP, −CO2] → GABA
Histidin → [Decarboxylase, PLP, −CO2] → Histamin
Tryptophan → [Trp-Hydroxylase] → 5-Hydroxytryptophan → [Decarboxylierung, PLP, −CO2] → Serotonin
Stickstoffverbindungen von Interesse
- Tyr: Schilddrüsenhormone T3, T4
- Trp: Pflanzenhormon Auxin
- Ser: Neurotransmitter Acetylcholin (ACh)
- Met und Ornithin: Polyamine
- Gln, Asp, Gly: Vorläufer von Purinen und Pyrimidinen
Biosynthese von Katecholaminen
Tyr → [+ O2, + H2O] → L-Dopa → [Decarboxylierung, −CO2] → Dopamin → [Hydroxylase, + Ascorbinsäure] → Noradrenalin → [Methylierung, + SAM] → Adrenalin
Kreatin-Biosynthese
Arg + Gly → Guanidinoacetat → [Kreatin-Kinase, + ADP] → Phosphokreatin
Glutathion-Biosynthese
Glutamat → [γ-Glutamyl-Cystein-Synthetase, + Cystein, + ATP → ADP] → γ-Glutamylcystein → [Glutathion-Synthetase, + Glycin, + ATP → ADP] → reduziertes Glutathion (GSH)
Verwertung von Glutathion:
- Coenzym der Glutathion-Peroxidase beim Abbau von Peroxiden
- Antioxidative Funktion zum Schutz des Hb-Fe (Fe2+)
- Weitere Reduktionen erfolgen mit NADPH + H+
Glycin als Vorläufer der Porphyrine
Zu 85 % im Knochenmark und in der Leber.
Glycin + Succinyl-CoA → [δ-Aminolävulinat-Synthase, Häm als Hemmer, in Leber und Knochenmark] → δ-Aminolävulinat (ALA) → [Porphobilinogen-Synthase] → Porphobilinogen (PBG); 4 PBG → [Uroporphyrinogen-Synthase] → Uroporphyrinogen III → [Uroporphyrinogen-III-Cosynthase] → [Uroporphyrinogen-Decarboxylase] → [Coproporphyrinogen-Oxidase] → Protoporphyrin IX → [Ferrochelatase, + Fe2+] → Häm → [+ Globin] → Hämoglobin (Hb), Myoglobin (Mb), Cytochrome
Abbau von Häm
Häm → [Häm-Oxygenase, + O2, Fe3+, CO] → Biliverdin → [+ NADPH + H+, → NADP+] → Bilirubin; Bilirubin + Glucuronsäure → konjugiertes Bilirubin → Urobilin / Stercobilin
Porphyrien
Erythropoetische Porphyria congenita: Mangel an Uroporphyrinogen-III-Cosynthase; Ansammlung von Uroporphyrinogen-Derivaten in den Erythrozyten; roter bis rotbrauner Urin, Zahnablagerungen, Hautläsionen und vermehrter Haarwuchs.
Akute intermittierende Porphyrie: häufiger, betrifft nur die Leber; Mangel an Uroporphyrinogen-Synthase; Ansammlung früherer Produkte; Ausscheidung von ALA und PBG, roter Urin, Bauchschmerzen und neurologische Störungen.
Biosynthese nicht-essentieller Aminosäuren
Aus glykolytischen Zwischenprodukten: Pyruvat → Ala; 3-Phosphoglycerat → Ser → Gly
Aus dem Citratzyklus: α-Ketoglutarat → Pro, Gln, Glu; Oxalacetat → Asp, Asn