การสลายกรดอะมิโนและการถ่ายโอนหมู่อะมิโน

การสลายกรดอะมิโนคือชุดของกระบวนการที่สลายกรดอะมิโนเมื่อมีปริมาณเกินความต้องการหรือเมื่อมีการหมุนเวียนโปรตีน ขั้นตอนแรกที่พบบ่อยสำหรับกรดอะมิโนส่วนใหญ่คือการถ่ายโอนหมู่อะมิโน (transamination) ซึ่งเป็นการถ่ายโอนหมู่อะมิโนไปยังกรดคีโต ทำให้ไนโตรเจนแยกออกจากโครงสร้างคาร์บอน เพื่อให้แต่ละส่วนสามารถจัดการได้อย่างอิสระ

Definition

การสลายกรดอะมิโนคือการย่อยสลายกรดอะมิโน โดยเริ่มต้นจากการกำจัดหมู่อัลฟา-อะมิโน (โดยทั่วไปโดยการถ่ายโอนหมู่อะมิโน) และการปล่อยออกมาเป็นแอมโมเนียในภายหลัง ตามด้วยการเปลี่ยนโครงสร้างคาร์บอนให้เป็นสารตัวกลางที่สร้างกลูโคส (glucogenic) หรือสร้างคีโตน (ketogenic)

Scope

บทความนี้ครอบคลุมถึงวิธีการกำจัดและรวบรวมหมู่อะมิโน โดยหลักผ่านเอนไซม์อะมิโนทรานสเฟอเรส (aminotransferases) และกลูตาเมตดีไฮโดรจีเนส (glutamate dehydrogenase) และวิธีการที่โครงสร้างคาร์บอนที่เหลือถูกส่งเข้าสู่เมแทบอลิซึมหลัก บทความนี้กล่าวถึงด้านการสลายตัวของเมแทบอลิซึมของกรดอะมิโน ส่วนการสังเคราะห์จะกล่าวถึงในบทความที่เกี่ยวข้อง และการกำจัดไนโตรเจนจะกล่าวถึงในวงจรยูเรียและบทความเกี่ยวกับไนโตรเจน

Core questions

• หมู่อะมิโนถูกแยกออกจากส่วนที่เหลือของกรดอะมิโนได้อย่างไร?
• ไนโตรเจนที่รวบรวมไว้ถูกส่งไปยังการกำจัดได้อย่างไร?
• โครงสร้างคาร์บอนเข้าสู่เมแทบอไลต์หลักใดบ้าง?

Key concepts

• การถ่ายโอนหมู่อะมิโน (Transamination)
• อะมิโนทรานสเฟอเรส (Aminotransferases หรือ transaminases) และไพริดอกซาลฟอสเฟต (pyridoxal phosphate)
• กลูตาเมต (Glutamate) ในฐานะตัวพาไนโตรเจนหลัก
• การดีอะมิเนชันแบบออกซิเดชันโดยกลูตาเมตดีไฮโดรจีเนส (Oxidative deamination by glutamate dehydrogenase)
• กรดอะมิโนที่สร้างกลูโคส (Glucogenic) เทียบกับกรดอะมิโนที่สร้างคีโตน (ketogenic)
• การสลายกรดอะมิโนสายโซ่กิ่ง (Branched-chain amino acid catabolism)

Mechanisms

ในการถ่ายโอนหมู่อะมิโน เอนไซม์อะมิโนทรานสเฟอเรสจะย้ายหมู่อัลฟา-อะมิโนจากกรดอะมิโนไปยังอัลฟา-คีโตกลูตาเรต (alpha-ketoglutarate) ทำให้เกิดกลูตาเมต (glutamate) และกรดคีโตที่สอดคล้องกัน ปฏิกิริยานี้ขึ้นอยู่กับโคแฟกเตอร์ไพริดอกซาลฟอสเฟต (pyridoxal phosphate) ซึ่งทำหน้าที่ส่งผ่านหมู่อะมิโนผ่านสารตัวกลางชิฟฟ์เบส (Schiff-base intermediate) กระบวนการนี้จะส่งไนโตรเจนจากกรดอะมิโนหลายชนิดไปยังกลูตาเมต จากนั้นกลูตาเมตสามารถผ่านกระบวนการดีอะมิเนชันแบบออกซิเดชัน (oxidative deamination) โดยเอนไซม์กลูตาเมตดีไฮโดรจีเนส ซึ่งจะสร้างอัลฟา-คีโตกลูตาเรตขึ้นใหม่และปล่อยแอมโมเนียเพื่อกำจัด โครงสร้างคาร์บอนที่ถูกดีอะมิเนตจะถูกจัดประเภทเป็นสารที่สร้างกลูโคส (glucogenic) เมื่อให้ไพรูเวต (pyruvate) หรือสารตัวกลางในวัฏจักรกรดซิตริกที่สามารถสร้างกลูโคสได้ หรือเป็นสารที่สร้างคีโตน (ketogenic) เมื่อให้แอซิทิล-โคเอ (acetyl-CoA) หรือแอซีโตอะซีเตต (acetoacetate) กรดอะมิโนบางชนิดเป็นได้ทั้งสองอย่าง เอนไซม์แอสปาร์เตตและอะลานีนอะมิโนทรานสเฟอเรสเป็นที่รู้จักในทางคลินิกเนื่องจากการรั่วไหลเข้าสู่กระแสเลือดบ่งชี้ถึงการบาดเจ็บของเนื้อเยื่อ

Clinical relevance

กิจกรรมของเอนไซม์อะมิโนทรานสเฟอเรสในซีรัม เช่น อะลานีนและแอสปาร์เตตอะมิโนทรานสเฟอเรส เป็นตัวบ่งชี้ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการบาดเจ็บของเนื้อเยื่อ โดยเฉพาะอย่างยิ่งตับ และชะตากรรมการสลายตัวของกรดอะมิโนเป็นพื้นฐานว่าโปรตีนมีส่วนช่วยในการให้พลังงานและกลูโคสได้อย่างไร บทความนี้อธิบายชีวเคมีพื้นฐานและไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือการรักษาเฉพาะบุคคล

Evidence & guidelines

ปฏิกิริยาที่อธิบายไว้ในที่นี้เป็นเอนไซม์วิทยาที่ได้รับการยอมรับซึ่งรวบรวมไว้ในตำราและบทวิจารณ์ชีวเคมีมาตรฐาน นี่คือข้อมูลอ้างอิงมากกว่าแนวทางปฏิบัติทางคลินิก

History

การถ่ายโอนหมู่อะมิโนได้รับการอธิบายลักษณะในทศวรรษ 1930 โดย Alexander Braunstein และเพื่อนร่วมงาน และบทบาทของไพริดอกซาลฟอสเฟตในฐานะโคแฟกเตอร์ของอะมิโนทรานสเฟอเรสได้รับการชี้แจงผ่านงานในช่วงกลางศตวรรษที่ยี่สิบโดย Esmond Snell และคนอื่นๆ ซึ่งทำให้การถ่ายโอนหมู่อะมิโนเป็นขั้นตอนเริ่มต้นที่สำคัญของการย่อยสลายกรดอะมิโน

Key figures

• Alexander Braunstein
• Esmond Snell
• Hans Krebs

Seminal works

• wu-2009

Frequently asked questions

เหตุใดการถ่ายโอนหมู่อะมิโนจึงมักเป็นขั้นตอนแรกในการสลายกรดอะมิโน?

เป็นการแยกหมู่อะมิโนที่มีไนโตรเจนออกจากโครงสร้างคาร์บอนอย่างชัดเจนโดยการถ่ายโอนไปยังกรดคีโต เพื่อให้เซลล์สามารถกำจัดไนโตรเจนและนำคาร์บอนกลับมาใช้ใหม่ได้อย่างอิสระ

ความแตกต่างระหว่างกรดอะมิโนที่สร้างกลูโคสและกรดอะมิโนที่สร้างคีโตนคืออะไร?

กรดอะมิโนที่สร้างกลูโคสจะถูกย่อยสลายเป็นสารตัวกลางที่สามารถสร้างเป็นกลูโคสได้ ในขณะที่กรดอะมิโนที่สร้างคีโตนจะให้แอซิทิล-โคเอ หรือสารตั้งต้นของคีโตนบอดี กรดอะมิโนบางชนิดเป็นได้ทั้งสองอย่าง