Катаболизм аминокислот и трансаминирование

Катаболизм аминокислот — это совокупность метаболических путей, которые расщепляют аминокислоты, когда они находятся в избытке или когда происходит обновление белка. Первым общим этапом для большинства аминокислот является трансаминирование — перенос аминогруппы на кетокислоту, который отделяет азот от углеродного скелета, что позволяет обрабатывать их независимо друг от друга.

Definition

Катаболизм аминокислот — это деградация аминокислот, начинающаяся с удаления альфа-аминогруппы (обычно путем трансаминирования) и ее последующего высвобождения в виде аммиака, за которым следует превращение углеродного скелета в глюкогенные или кетогенные интермедиаты.

Scope

Эта статья охватывает механизмы удаления и сбора аминогрупп, главным образом с помощью аминотрансфераз и глутаматдегидрогеназы, а также пути направления оставшихся углеродных скелетов в центральный метаболизм. Она рассматривает деградационную сторону метаболизма аминокислот; синтез описан в родственной статье, а удаление азота — в статьях о цикле мочевины и азоте.

Core questions

• Как аминогруппа отделяется от остальной части аминокислоты?
• Как собранный азот направляется на выведение?
• В какие центральные метаболиты поступают углеродные скелеты?

Key concepts

• Трансаминирование
• Аминотрансферазы (трансаминазы) и пиридоксальфосфат
• Глутамат как центральный переносчик азота
• Окислительное дезаминирование глутаматдегидрогеназой
• Глюкогенные и кетогенные аминокислоты
• Катаболизм аминокислот с разветвленной цепью

Mechanisms

При трансаминировании аминотрансфераза переносит альфа-аминогруппу от аминокислоты к альфа-кетоглутарату, образуя глутамат и соответствующую кетокислоту; реакция зависит от кофактора пиридоксальфосфата, который переносит аминогруппу через промежуточное соединение Шиффа. Это направляет азот из многих аминокислот на глутамат. Затем глутамат может подвергаться окислительному дезаминированию под действием глутаматдегидрогеназы, регенерируя альфа-кетоглутарат и высвобождая аммиак для выведения. Дезаминированные углеродные скелеты классифицируются как глюкогенные, если они образуют пируват или интермедиаты цикла лимонной кислоты, которые могут образовывать глюкозу, или кетогенные, если они образуют ацетил-КоА или ацетоацетат; некоторые аминокислоты являются и теми, и другими. Аспартат- и аланинаминотрансферазы хорошо известны в клинической практике, поскольку их утечка в кровь указывает на повреждение тканей.

Clinical relevance

Активность сывороточных аминотрансфераз, таких как аланинаминотрансфераза и аспартатаминотрансфераза, являются широко измеряемыми показателями повреждения тканей, особенно печени, а катаболическая судьба аминокислот лежит в основе того, как белок способствует обеспечению энергией и глюкозой. Эта статья объясняет базовую биохимию и не является основанием для индивидуальной диагностики или лечения.

Evidence & guidelines

Описанные здесь реакции представляют собой установленную энзимологию, обобщенную в стандартных биохимических учебниках и обзорах; это справочный материал, а не область клинических рекомендаций.

History

Трансаминирование было охарактеризовано в 1930-х годах Александром Браунштейном и его коллегами, а роль пиридоксальфосфата как кофактора аминотрансфераз была уточнена в середине XX века в работах Эсмонда Снелла и других, что установило трансаминирование как центральный начальный этап деградации аминокислот.

Key figures

• Alexander Braunstein
• Esmond Snell
• Hans Krebs

Seminal works

• wu-2009

Frequently asked questions

Почему трансаминирование обычно является первым этапом расщепления аминокислоты?

Оно четко отделяет азотсодержащую аминогруппу от углеродного скелета, перенося ее на кетокислоту, что позволяет клетке независимо утилизировать азот и повторно использовать углерод.

В чем разница между глюкогенными и кетогенными аминокислотами?

Глюкогенные аминокислоты распадаются до интермедиатов, которые могут быть превращены в глюкозу, тогда как кетогенные аминокислоты дают ацетил-КоА или предшественники кетоновых тел; некоторые аминокислоты являются и теми, и другими.