Aminozuurbiosynthese

Aminozuurbiosynthese is de anabole kant van het aminozuurmetabolisme: de opbouw van aminozuren uit eenvoudigere precursoren die grotendeels afkomstig zijn uit centrale metabole routes. Bij de mens is dit vermogen gedeeltelijk, wat verklaart waarom sommige aminozuren niet-essentieel zijn en intern worden aangemaakt, terwijl andere essentieel zijn en via de voeding moeten worden ingenomen.

Definition

Aminozuurbiosynthese is de synthese van aminozuren uit koolstofskelet afkomstig van het centrale metabolisme, samen met een aminogroep gedoneerd door andere stikstofdragers, waarbij bij de mens de niet-essentiële aminozuren worden geproduceerd terwijl de essentiële aminozuren via de voeding verkregen moeten worden.

Scope

Dit artikel behandelt hoe de niet-essentiële aminozuren worden gesynthetiseerd uit tussenproducten van de glycolyse en de citroenzuurcyclus, de rol van stikstofdonoren zoals glutamaat en glutamine, en het onderscheid tussen essentiële en niet-essentiële aminozuren bij de mens. Het aflezen en samenstellen van aminozuren tot eiwitten komt aan bod in het artikel over translatie, en hun afbraak in het artikel over katabolisme.

Core questions

• Welke koolstofskelet dienen als precursoren voor de niet-essentiële aminozuren?
• Hoe wordt stikstof aangeleverd tijdens biosynthese?
• Waarom kan de mens sommige aminozuren wel aanmaken maar andere niet?

Key concepts

• Essentiële versus niet-essentiële aminozuren
• Precursoren uit de glycolyse en de citroenzuurcyclus
• Glutamaat en glutamine als aminogroepdonoren
• Transaminatie in de synthetische richting
• Amideringsreacties (synthese van glutamine en asparagine)
• Conditioneel essentiële aminozuren

Mechanisms

De niet-essentiële aminozuren worden opgebouwd uit een beperkt aantal centrale metabolieten. Pyruvaat, oxaalacetaat en alfa-ketoglutaraat worden door transaminatie, in de synthetische richting uitgevoerd, omgezet in respectievelijk alanine, aspartaat en glutamaat, waarbij glutamaat vaak dienst doet als aminogroepdonor. Het 3-fosfoglyceraat van de glycolyse is de precursor voor serine, waaruit glycine en cysteïne kunnen worden afgeleid. Amideringsreacties voegen een tweede stikstof toe om glutamine te vormen uit glutamaat en asparagine uit aspartaat, waarbij de laatste reactie gekatalyseerd wordt door asparaginecynthetase. De koolstofskelet en biosynthetische routes van de essentiële aminozuren zijn daarentegen niet aanwezig bij de mens, zodat deze via de voeding moeten worden aangeleverd; de grens kan verschuiven onder stress of bij bepaalde aandoeningen, wat aanleiding geeft tot conditioneel essentiële aminozuren.

Clinical relevance

De afhankelijkheid van sommige weefsels van het aminozuuraanbod, inclusief de behoefte aan diëtistische essentiële aminozuren, vormt de basis van de voedingswetenschappen en helpt verklaren waarom bepaalde tumoren die bepaalde aminozuren niet kunnen aanmaken, gevoelig zijn voor uitputting daarvan. Dit artikel beschrijft de biochemie en vormt geen basis voor individuele diëtistische of behandelingsbeslissingen.

Evidence & guidelines

De biosynthetische routes zijn gevestigde biochemie die is geconsolideerd in standaardteksten en overzichtsartikelen; dit is een referentieonderwerp en geen klinisch richtlijndomein.

History

De biosynthetische routes naar individuele aminozuren werden in het midden van de twintigste eeuw in kaart gebracht door middel van enzymologie en microbiële genetica, waaronder het gebruik van biosynthetische mutanten om de stappen van routes te ordenen; dit werk stelde vast welke koolstofskelet en stikstofdonoren elk aminozuur voeden.

Key figures

• David Greenberg
• Bernard Davis

Seminal works

• wu-2009
• lomelino-2017

Frequently asked questions

Wat maakt een aminozuur essentieel?

Een aminozuur is essentieel wanneer het lichaam niet over de routes beschikt om het in voldoende hoeveelheden te synthetiseren, zodat het via de voeding verkregen moet worden; niet-essentiële aminozuren kunnen intern worden aangemaakt uit andere metabolieten.

Waar komen de koolstofskelet voor niet-essentiële aminozuren vandaan?

Ze zijn grotendeels afkomstig van tussenproducten van de glycolyse en de citroenzuurcyclus, zoals pyruvaat, oxaalacetaat, alfa-ketoglutaraat en 3-fosfoglyceraat, die worden omgezet tot aminozuren door toevoeging van een aminogroep.