Aminosäurebiosynthese

Die Aminosäurebiosynthese ist die anabole Seite des Aminosäurestoffwechsels: der Aufbau von Aminosäuren aus einfacheren Vorläufern, die größtenteils aus zentralen Stoffwechselwegen stammen. Beim Menschen ist diese Kapazität nur teilweise vorhanden, weshalb einige Aminosäuren nicht-essenziell sind und intern gebildet werden, während andere essenziell sind und über die Nahrung aufgenommen werden müssen.

Definition

Die Aminosäurebiosynthese ist die Synthese von Aminosäuren aus Kohlenstoffgerüsten, die vom zentralen Stoffwechsel bereitgestellt werden, zusammen mit einer Aminogruppe, die von anderen Stickstoffträgern gespendet wird, wobei beim Menschen die nicht-essenziellen Aminosäuren produziert werden, während die essenziellen Aminosäuren über die Nahrung aufgenommen werden müssen.

Scope

Dieser Eintrag behandelt, wie die nicht-essenziellen Aminosäuren aus Intermediaten der Glykolyse und des Citratzyklus synthetisiert werden, die Rolle von Stickstoffdonoren wie Glutamat und Glutamin sowie die Unterscheidung zwischen essenziellen und nicht-essenziellen Aminosäuren beim Menschen. Die Ablesung und der Zusammenbau von Aminosäuren zu Proteinen wird im Eintrag zur Translation behandelt, ihr Abbau im Eintrag zum Katabolismus.

Core questions

• Welche Kohlenstoffgerüste dienen als Vorläufer für die nicht-essenziellen Aminosäuren?
• Wie wird Stickstoff während der Biosynthese bereitgestellt?
• Warum können Menschen einige Aminosäuren herstellen, andere aber nicht?

Key concepts

• Essenzielle versus nicht-essenziellen Aminosäuren
• Vorläufer aus Glykolyse und Citratzyklus
• Glutamat und Glutamin als Aminogruppen-Donoren
• Transaminierung in synthetischer Richtung
• Amidierungsreaktionen (Glutamin- und Asparagin-Synthese)
• Bedingt essenzielle Aminosäuren

Mechanisms

Die nicht-essenziellen Aminosäuren werden aus einer Handvoll zentraler Metaboliten aufgebaut. Pyruvat, Oxalacetat und Alpha-Ketoglutarat werden durch Transaminierung in synthetischer Richtung in Alanin, Aspartat bzw. Glutamat umgewandelt, wobei Glutamat häufig als Aminogruppen-Donor dient. Das 3-Phosphoglycerat der Glykolyse ist der Vorläufer für Serin, aus dem Glycin und Cystein abgeleitet werden können. Amidierungsreaktionen fügen einen zweiten Stickstoff hinzu, um Glutamin aus Glutamat und Asparagin aus Aspartat zu bilden, wobei letzteres durch die Asparagin-Synthetase katalysiert wird. Im Gegensatz dazu sind die Kohlenstoffgerüste und biosynthetischen Wege der essenziellen Aminosäuren beim Menschen nicht vorhanden, sodass diese über die Nahrung zugeführt werden müssen; die Grenze kann sich unter Stress oder unter bestimmten Bedingungen verschieben, was zu bedingt essenziellen Aminosäuren führt.

Clinical relevance

Die Abhängigkeit einiger Gewebe von der Aminosäureversorgung, einschließlich des Bedarfs an essenziellen Aminosäuren aus der Nahrung, ist die Grundlage der Ernährungswissenschaft und hilft zu erklären, warum bestimmte Tumoren, die bestimmte Aminosäuren nicht herstellen können, empfindlich auf deren Verarmung reagieren. Dieser Eintrag beschreibt die Biochemie und ist keine Grundlage für individuelle Ernährungs- oder Behandlungsentscheidungen.

Evidence & guidelines

Die biosynthetischen Wege sind etablierte Biochemie, die in Standardwerken und Übersichtsartikeln konsolidiert ist; dies ist ein Referenzthema und kein Bereich klinischer Leitlinien.

History

Die biosynthetischen Wege zu einzelnen Aminosäuren wurden durch die Enzymologie und mikrobielle Genetik Mitte des 20. Jahrhunderts kartiert, einschließlich der Verwendung von biosynthetischen Mutanten zur Anordnung der Schritte von Stoffwechselwegen, eine Arbeit, die festlegte, welche Kohlenstoffgerüste und Stickstoffdonoren jede Aminosäure speisen.

Key figures

• David Greenberg
• Bernard Davis

Seminal works

• wu-2009
• lomelino-2017

Frequently asked questions

Was macht eine Aminosäure essenziell?

Eine Aminosäure ist essenziell, wenn der Körper nicht über die Wege verfügt, sie in ausreichenden Mengen zu synthetisieren, sodass sie über die Nahrung aufgenommen werden muss; nicht-essenziellen Aminosäuren können intern aus anderen Metaboliten gebildet werden.

Woher stammen die Kohlenstoffgerüste für nicht-essenziellen Aminosäuren?

Sie stammen größtenteils aus Intermediaten der Glykolyse und des Citratzyklus, wie Pyruvat, Oxalacetat, Alpha-Ketoglutarat und 3-Phosphoglycerat, die durch Zugabe einer Aminogruppe in Aminosäuren umgewandelt werden.