Protein- und Aminosäurestoffwechsel
Der Protein- und Aminosäurestoffwechsel ist der Zweig des Stoffwechsels, der regelt, wie die zwanzig proteinogenen Aminosäuren hergestellt, zu Proteinen verbunden, abgebaut und wie der von ihnen getragene Stickstoff entsorgt wird. Er verknüpft die genetischen Anweisungen für die Proteinsynthese mit dem Energiehaushalt der Zelle und der Stickstoffausscheidung des Körpers.
Definition
Der Protein- und Aminosäurestoffwechsel umfasst die Synthese von Aminosäuren und Proteinen, den Abbau von Aminosäuren mit Übertragung und Entsorgung ihres Aminostickstoffs sowie die Integration dieser Stoffwechselwege mit dem Energiestoffwechsel und der Stickstoffausscheidung.
Scope
Dieser Bereich führt den Leser durch die wichtigsten Prozesse, die Aminosäuren und die daraus aufgebauten Proteine betreffen: ihren Katabolismus und die Übertragung ihrer Aminogruppen, die Synthese nicht-essentieller Aminosäuren, den Aufbau von Polypeptiden bei der Translation, die Umwandlung von überschüssigem Stickstoff in Harnstoff sowie den allgemeinen Umgang mit Stickstoff und Ammoniak. Er behandelt diese als Referenzbiochemie, nicht als klinische Leitlinie.
Sub-topics
Core questions
- Wie werden Aminosäuren synthetisiert, und welche müssen über die Nahrung aufgenommen werden?
- Wie wird das Kohlenstoffgerüst einer Aminosäure nach Entfernung ihrer Aminogruppe für Energie oder Biosynthese zurückgewonnen?
- Wie wird der genetische Code in eine definierte Aminosäuresequenz übersetzt?
- Wie wird der beim Aminosäureabbau freigesetzte Stickstoff in eine nicht-toxische, ausscheidbare Form umgewandelt?
Key concepts
- Essentielle und nicht-essentielle Aminosäuren
- Transaminierung und oxidative Desaminierung
- Der genetische Code und die Translation
- Stickstoffbilanz
- Der Harnstoffzyklus
- Glukogene und ketogene Aminosäuren
Mechanisms
Aminosäuren befinden sich an einem Kreuzungspunkt des Stoffwechsels. Ihre Aminogruppen werden, hauptsächlich durch Transaminierung, auf einige wenige Träger wie Glutamat geleitet, von denen Stickstoff als Ammoniak freigesetzt und bei Säugetieren zur Ausscheidung in Harnstoff umgewandelt wird. Ihre Kohlenstoffgerüste speisen sich in zentrale Stoffwechselwege als Glukosevorläufer (glukogen) oder Acetyl-CoA- und Ketonkörpervorläufer (ketogen) ein. In die entgegengesetzte Richtung werden nicht-essentielle Aminosäuren aus denselben Zwischenprodukten aufgebaut, und alle zwanzig werden auf Transfer-RNAs geladen und während der Translation von der Messenger-RNA-Matrize abgelesen, um Proteine zu bilden.
Clinical relevance
Das Verständnis dieser Stoffwechselwege ist die Grundlage dafür, wie Kliniker Störungen des Stickstoffhaushalts und angeborene Fehler des Aminosäurestoffwechsels interpretieren und wie Ernährung und Proteinturnover beurteilt werden. Dieser Eintrag ist eine Referenzübersicht, die beschreibt, wie die Stoffwechselwege funktionieren, und keine Grundlage für individuelle diagnostische oder therapeutische Entscheidungen.
Evidence & guidelines
Die hier zusammengefasste Biochemie ist etabliertes Lehrbuchwissen, das in Standardreferenzen und Übersichtsartikeln konsolidiert ist. Wo diese Stoffwechselwege die klinische Praxis berühren, wie z. B. bei den Harnstoffzyklusstörungen, existieren professionelle Konsensleitlinien, die in den entsprechenden Themeneinträgen und nicht hier beschrieben werden.
History
Das Forschungsgebiet entwickelte sich aus Studien des 19. und 20. Jahrhunderts zur Stickstoffausscheidung und Proteinchemie. Die Beschreibung des Harnstoffzyklus durch Hans Krebs und Kurt Henseleit im Jahr 1932 lieferte den ersten Stoffwechselzyklus und einen Rahmen für die Stickstoffentsorgung; die Entschlüsselung des genetischen Codes in den 1960er Jahren verband die Aminosäuresequenz mit Nukleinsäurematrizen, und Jahrzehnte der Enzymologie kartierten die Synthese und den Abbau einzelner Aminosäuren.
Key figures
- Hans Krebs
- Kurt Henseleit
- Marshall Nirenberg
Related topics
Seminal works
- wu-2009
- rennie-tipton-2000
Frequently asked questions
- Was ist der Unterschied zwischen essentiellen und nicht-essentiellen Aminosäuren?
- Nicht-essentielle Aminosäuren können vom Körper aus anderen Metaboliten synthetisiert werden, während essentielle Aminosäuren nicht in ausreichenden Mengen hergestellt werden können und über die Nahrung zugeführt werden müssen.
- Was passiert mit dem Stickstoff, wenn eine Aminosäure abgebaut wird?
- Die Aminogruppe wird übertragen und letztendlich als Ammoniak freigesetzt, das bei Säugetieren über den Harnstoffzyklus in Harnstoff umgewandelt und ausgeschieden wird, wodurch toxische Ammoniakspiegel niedrig gehalten werden.