Katabolizm aminokwasów i transaminowanie

Katabolizm aminokwasów jest zbiorem szlaków rozkładających aminokwasy, gdy są one nadmiarowe w stosunku do potrzeb lub gdy trwa obrót białek. Pierwszym wspólnym etapem dla większości aminokwasów jest transaminowanie — przeniesienie grupy aminowej na kwas ketokwasowy, które oddziela azot od szkieletu węglowego tak, aby każdy z nich mógł być odrębnie przetwarzany.

Definition

Katabolizm aminokwasów jest degradacją aminokwasów, rozpoczynającą się od usunięcia grupy alfa-aminowej (typowo przez transaminowanie) i jej następczego uwolnienia w postaci amoniaku, po którym następuje przekształcenie szkieletu węglowego w metabolity glukogenne lub ketogenne.

Scope

Artykuł omawia, jak grupy aminowe są usuwane i gromadzone, głównie przez aminotransferazy i dehydrogenazę glutaminianową, oraz jak pozostałe szkielety węglowe są kierowane do centralnego metabolizmu. Traktuje o degradacyjnej stronie metabolizmu aminokwasów; synteza jest omówiona w artykule towarzyszącym, a usuwanie azotu — w artykułach dotyczących cyklu mocznikowego i metabolizmu azotu.

Core questions

• Jak grupa aminowa jest oddzielana od reszty aminokwasu?
• Jak zgromadzony azot jest kierowany do usunięcia?
• W jakie centralne metabolity wchodzą szkielety węglowe?

Key concepts

• Transaminowanie
• Aminotransferazy (transaminazy) i fosforan pirydoksalu
• Glutaminian jako centralny nośnik azotu
• Oksydacyjna dezaminacja przez dehydrogenazę glutaminianową
• Aminokwasy glukogenne a ketogenne
• Katabolizm aminokwasów rozgałęzionych

Mechanisms

W transaminowaniu aminotransferaza przenosi grupę alfa-aminową z aminokwasu na alfa-ketoglutaran, wytwarzając glutaminian i odpowiedni kwas ketokwasowy; reakcja zależy od kofaktora fosforanu pirydoksalu (pyridoxal phosphate), który przenosi grupę aminową za pośrednictwem pośrednika będącego bazą Schiffa. Dzięki temu azot z wielu aminokwasów jest kierowany na glutaminian. Glutaminian może następnie podlegać oksydacyjnej dezaminacji przez dehydrogenazę glutaminianową, regenerując alfa-ketoglutaran i uwalniając amoniak do dalszego usunięcia. Zdezaminowane szkielety węglowe są klasyfikowane jako glukogenne — gdy dostarczają pirogronianu lub metabolitów cyklu kwasu cytrynowego, które mogą tworzyć glukozę — lub ketogenne, gdy dostarczają acetylo-CoA lub acetooctanu; niektóre aminokwasy należą do obu kategorii. Aminotransferaza asparaginianowa i alaninowa są znane klinicznie, ponieważ ich wyciek do krwi wskazuje na uszkodzenie tkanek.

Clinical relevance

Aktywności aminotransferaz w surowicy, takie jak aminotransferaza alaninowa i asparaginianowa, są powszechnie oznaczanymi wskaźnikami uszkodzenia tkanek, a zwłaszcza wątroby, a kataboliczny los aminokwasów stanowi podstawę zrozumienia, w jaki sposób białko przyczynia się do dostarczania energii i glukozy. Artykuł wyjaśnia leżącą u podstaw biochemię i nie stanowi podstawy dla indywidualnej diagnostyki ani leczenia.

Evidence & guidelines

Opisane tutaj reakcje są ugruntowaną enzymologią skonsolidowaną w standardowych podręcznikach biochemii i przeglądach; jest to materiał referencyjny, a nie dziedzina wytycznych klinicznych.

History

Transaminowanie zostało scharakteryzowane w latach 30. XX wieku przez Aleksandra Braunsteina i współpracowników, a rola fosforanu pirydoksalu jako kofaktora aminotransferaz została wyjaśniona w toku prac Esmonda Snella i innych z połowy XX wieku, ustanawiając transaminowanie jako centralny etap wejściowy degradacji aminokwasów.

Key figures

• Alexander Braunstein
• Esmond Snell
• Hans Krebs

Seminal works

• wu-2009

Frequently asked questions

Dlaczego transaminowanie jest zazwyczaj pierwszym etapem rozkładu aminokwasu?

Czysto oddziela ono niosącą azot grupę aminową od szkieletu węglowego przez przeniesienie jej na kwas ketokwasowy, dzięki czemu komórka może niezależnie usunąć azot i wykorzystać węgiel.

Czym różnią się aminokwasy glukogenne od ketogennych?

Aminokwasy glukogenne ulegają degradacji do metabolitów, które mogą być przekształcone w glukozę, natomiast aminokwasy ketogenne dostarczają acetylo-CoA lub prekursorów ciał ketonowych; niektóre aminokwasy należą do obu kategorii.