Harnstoff-, Aminosäure- und Porphyrin-Stoffwechsel im Überblick

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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:

  1. Coenzym der Glutathion-Peroxidase beim Abbau von Peroxiden
  2. Antioxidative Funktion zum Schutz des Hb-Fe (Fe2+)
  3. 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

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