Катаболизъм на аминокиселините и трансаминиране

Катаболизмът на аминокиселините е съвкупността от метаболитни пътища, разграждащи аминокиселините, когато те са в излишък спрямо нуждите или когато протеините се обновяват. Първата обща стъпка за повечето аминокиселини е трансаминирането — пренасянето на аминогрупата към кетокиселина — което разделя азота от въглеродния скелет, така че всеки от тях да може да се обработва независимо.

Definition

Катаболизмът на аминокиселините е разграждането на аминокиселините, започващо с отстраняването на алфа-аминогрупата (обикновено чрез трансаминиране) и последващото й освобождаване като амоняк, следвано от превращението на въглеродния скелет в глюкогенни или кетогенни интермедиати.

Scope

Статията разглежда как аминогрупите се отстраняват и събират — предимно от аминотрансферазите и глутамат дехидрогеназата — и как останалите въглеродни скелети се насочват към централния метаболизъм. Тя разглежда деградативната страна на аминокиселинния метаболизъм; синтезът е обхванат в съседна статия, а изхвърлянето на азот — в статиите за цикъла на уреята и азота.

Core questions

• Как аминогрупата се отделя от останалата аминокиселина?
• Как събраният азот се насочва към изхвърлянето?
• В кои централни метаболити се включват въглеродните скелети?

Key concepts

• Трансаминиране
• Аминотрансферази (трансаминази) и пиридоксал фосфат
• Глутамат като централен азотен носител
• Окислително деаминиране от глутамат дехидрогеназа
• Глюкогенни срещу кетогенни аминокиселини
• Катаболизъм на аминокиселини с разклонена верига

Mechanisms

При трансаминирането аминотрансфераза пренася алфа-аминогрупата от дадена аминокиселина към алфа-кетоглутарат, произвеждайки глутамат и съответната кетокиселина; реакцията зависи от кофактора пиридоксал фосфат, който транспортира аминогрупата чрез интермедиат от тип шифова база. По този начин азотът от много аминокиселини се концентрира в глутамат. Глутаматът може след това да претърпи окислително деаминиране от глутамат дехидрогеназа, регенерирайки алфа-кетоглутарат и освобождавайки амоняк за изхвърляне. Деаминираните въглеродни скелети се класифицират като глюкогенни, когато дават пируват или интермедиати на цикъла на трикарбоновите киселини, от които може да се синтезира глюкоза, или като кетогенни, когато дават ацетил-CoA или ацетоацетат; някои аминокиселини са едновременно и двете. Аспартат аминотрансферазата и аланин аминотрансферазата са клинично познати, тъй като навлизането им в кръвта е белег за тъканно увреждане.

Clinical relevance

Серумните активности на аминотрансферазите — като аланин аминотрансферазата и аспартат аминотрансферазата — са широко използвани показатели за тъканно и по-специално чернодробно увреждане, а катаболната съдба на аминокиселините стои в основата на приноса на протеините към енергията и доставката на глюкоза. Статията обяснява лежащата в основата биохимия и не е основа за индивидуална диагноза или лечение.

Evidence & guidelines

Описаните тук реакции са утвърдена ензимология, консолидирана в стандартни учебници по биохимия и прегледни статии; това е справочен материал, а не клинична насока.

History

Трансаминирането е охарактеризирано през 30-те години на XX век от Alexander Braunstein и колеги, а ролята на пиридоксал фосфата като кофактор на аминотрансферазите е изяснена чрез научни изследвания от средата на XX век от Esmond Snell и други, установявайки трансаминирането като централна начална стъпка в разграждането на аминокиселините.

Key figures

• Alexander Braunstein
• Esmond Snell
• Hans Krebs

Seminal works

• wu-2009

Frequently asked questions

Защо трансаминирането обикновено е първата стъпка при разграждането на аминокиселина?

То чисто разделя азотоносещата аминогрупа от въглеродния скелет, като я пренася към кетокиселина, така че клетката може независимо да изхвърли азота и да оползотвори въглерода.

Каква е разликата между глюкогенни и кетогенни аминокиселини?

Глюкогенните аминокиселини се разграждат до интермедиати, от които може да се синтезира глюкоза, докато кетогенните дават ацетил-CoA или предшественици на кетонни тела; някои аминокиселини са едновременно и двете.