Nichtessentielle Aminosäuren. Stoffwechsel Nahrungskarenz

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1 Nichtessentielle Aminosäuren Stoffwechsel Nahrungskarenz

2 Einleitung 11 nichtessentielle AS Können von Säugetierzellen selbstsynthetisiert werden. Im Vergleich zu essentiellen AS einfache Synthesewege

3 Nichtessentiell Aminosäuren Alanin Arginin Asparagin Aspartat Cystein Glutamat Glutamin Glycin Prolin Serin Tyrosin

4 Stoffwechsel Einfach gebaute Seitenkette Abbau 1-2 enzymatische Schritte Umkehrung der Biosynthese Regulation durch: Hormone, Substratangebot, durch Existenz von Isoenzymformen Alle nichtessentiellen AS sind glucogen (Ausnahme Tyrosin ist auch ketogen) Enyme im Gewebe nachweisbar Sie dienen als Aminogruppendonatoren

5 Einteilung nach der α-ketosäure, die beim Abbau entsteht: 1. Oxalacetat (α-ketobernsteinsäure) 2. α-ketoglutarsäure 3. Pyruvat (α-ketopropionsäure)

6 Asparagin und Aspartat Pharmaz. Bedeutung: Leukämietherapie Stoffwechselbedeutung der Produkte: 1. Oxalacetat Citratcyclus 2. Asparagin proteinogenen AS 3. Carbamylaspartat Pyrimidinbiosynthese 4. β-alanin Bestandteil v. Pantothensäure

7 5. Argininosuccinat Umwandlung von Carbaminsäure in Harnstoff 6. Adenylosuccinat Umwandlung von IMP in AMP 7. 5-Aminoimidazol-4-(Nsuccinylcarboxamid)-ribonucleotid Purinbiosynthese

8 Abbau und Biosynthese L-Asparagin L- Aspartat Oxalacetat Antrieb durch Hydrolyse von ATP

9 Glutamin und Glutamat Bedeutung: wichtigstes Energiesubstrat für Gastrointestinaltrakt Mucosazellen d. Darms oxidieren ⅔ Glutamin zu CO2 (Energiequelle) Parenterale Infusionen: Glutamin löst sich nicht und muss in Form von Dipeptiden injiziert werden.

10 Stoffwechselbedeutung 1. Glutamat wirkt im Gehirn als exzitatorischer Neurotransmitter 2. Glutamin höchste Konzentration aller AS im Plasma Transport von C- und N- Gerüsten zwischen Organen

11 Stoffwechselbedeutung der Produkte α-ketoglutarat Citratcyclus, Freisetzung von Ammoniak γ-aminobutyrat Überträgerstoff in grauer Substanz des ZNS Acetylglutamat Kofaktor der mitochondralen Carbamylphosphatsynthetase Glutamin Ammoniakfixierung (Entgiftung)

12 Abbau und Biosynthese Gleiches Prinzip wie Asparagin L-Glutamin L- Glutamat α- Ketoglutarat Mitochondriale Glutamase für Abbau verantwortlich

13 Prolin und Arginin Glutamat ist die Vorstufe von Prolin und Arginin Bedeutung: Einfluss auf Harnstoffcyclus

14 Stoffwechselbedeutung von Prolin Mit seiner Vorstufe Hydroxyprolin die wichtigste AS im Kollagen und Elastin (25%).

15 Stoffwechselbedeutung von Arginin 1. Vorstufe von NO Endothel relaxierend, Intrazellularer Mediator 2. Kreatin Ornithin Spermidin Spermin ; Aufgabe: Stabilisierung der DNA

16 Abbau und Biosynthese von Prolin Prolin wird über das Semialdehyd des Glutamats abgebaut Synthese durch Umkehrung des Abbaus mit anderen Enzymen

17 Abbau und Biosynthese von Arginin 1. hydrolytische Abspaltung von Harnstoff Ornithin (homolog zu Lysin) 2. durch Orntithin- α-ketosäure- Transaminase 3. Glutamat-γ-semialdehyd Glutamat

18 Alanin Wichtigste biogene AS Bedeutung: Bestandteil von Murein (Zellwand von Bakterien)

19 Stoffwechselbedeutung von Alanin Kohlenstoffgerüst von Aladin stammt aus dem Proteinabbau und aus Pyruvat (Endprodukt Glycolyse) durch Übernahme von NH3-Gruppen Aladin Schlüsselfunktion als wichtigste glucogene AS

20 Abbau und Biosynthese Reversible Transaminierun g Pyruvat Kann auch beim Abbau von Tryptophan entstehen

21 Serin und Glycin Können leicht ineinander überführt werden

22 Stoffwechselbedeutung von Serin dient als Vorstufe der Biosynthese von: - Purinbasen - Phospholipide - Cystein

23 Stoffwechselbedeutung von Produkte: Glycin - Serin proteinogene AS - Gluthation AS-Transporter, Schutz von SH-Gruppen - α-amino-β-ketoadipinsäure Porphyrinbiosynthese

24 Stoffwechselbedeutung von Gylcin - Glycinamid-ribosyl-5-phosphat Biosynthese von Purine - Glycocholsäure Gallensäure - Glycosalicylsäure Entgiftung in der Leber - Guanidinoacetat Kreatinbiosynthese

25 Abbau von Serin Durch PALPabhängige Dehydratase Glycin (reversibel)

26 Synthese von Serin 3-Phospho-D-glycerat (zw.produkt Glycolyse) Serin (reversibel)

27 Abbau und Synthese von Glycin

28 Cystein Liegt extrazellulär als Disulfid vor Serin ist eine Vorstufe

29 Stoffwechselbedeutung von Cystein Kann durch Ox. zu Taurin decarboxilieren (Taurin +Cholyl-CoA konj. Gallensäure) Bestandteil der Phäomelanine

30 Abbau und Biosynthese von Cystein Aus Cystin wird Cystein durch hydrierende Spaltung der Disulfidbrücken Durch Eliminierung wird es abgebaut Produkte: Pyruvat und Sufat Synthese über 2 Wege:

31 1.Weg (in Abb.rechts) Am α und β C- Atom wird H2S abgespalten Aminoacrylat Durch Umlagerung desaminiertes Pyruvat H2S Sulfat + Protonen

32 2.Weg (in Abb. Links) Transaminierung Mercaptopyruvat SH-Gruppe + Sulfit Sulfat Pyruvat Sulfat: Entgiftung, Abgabe mit Kationen im Urin S-Atom stammt aus Methionin (essentielle AS) Met-Mangel Cys- Mangel

33 Nahrungskarenz Kein Nahrungsaufnahme über einen längeren Zeitraum Glucosezufuhr bleibt weg

34 Was macht der Körper da? 1. Abbau des Glucogenspeichers (nach 24-48h aufgebraucht) 2. Gluconeogenese: - geradzahlige FS Acetyl-CoA KEIN glucogener Stoff! - ungeradzahlige FS Propionyl-CoA glucogen aber: nur wenig im Körper

35 3. Aufbau von Glucose aus glucogenen AS - AS stammen aus Proteinabbau nur begrenzter Abbau möglich - Verlust von ⅓ bis ½ der Protein kann tödlich sein

36 Gluconeogenese In der Leber: Nach anhalternder Nahrungskarenz wird Glucoseabgabe ins Blut immer geringer Gehirn adaptiert sich an Oxidation von Ketonkörpern In der Niere: produziert bei anhalternder Nahrungskarenz mehr Glucose

37 Glucoseproduktion Tägliche Menge Postabsorptiv Nach 5-6 Wochen Nahrungska renz Mol /Tag Leber Niere 0,85 1,75 > 90 % < 10% 0,45 0,50 ~ 55 % ~ 45%

38 Verringerung der Glucoseproduktion Abnahme der N- Ausscheidung im Urin Bis zu 3-5g/Tag, das entspricht 20-30g Protein/Tag

39 Wie entsteht die Abnahme der Gluconeogenese bei anhaltender Nahrungskaren? Gleichgewicht: Abgabe v.as (Muskel) und Aufnahme der AS (Leber,Niere)

40 Leber / Muskulatur 8 AS werden extrahiert. 50% Alanin Citrullin wird ausgeschieden Alle anderen AS: Gleichgewicht zwischen Aufnahme und Abgabe Muskulatur: Hohe Freisetzung von Alanin

41 Abfall des Gesamtα-Aminostickstoffs 3 Muster: - (1) erst Anstieg, dann Abfall (Valin) - (2) Kontinuierlicher Abfall (Alanin) - (3) Verzögerter Anstieg (Glycin) Drastischster Abfall bei Alanine (70%)

42 (1) Erst Angstieg, dann Abfall AS reagieren empfindlich auf Insulin Anstieg durch Abfall der Plasmainsulinkonzentration

43 (2) Kontinuierlcher Abfall Abfall der Alaninkonzentration duch reduzierte Abgabe von Alanin in der Peripherie

44 (3) Verzögerter Anstieg Gluconeogenese von Leber zu Niere Niere extrahiert permanent Glycin und Glutamin Je höher Glycinkonzentration, umso höher Glycinextraktion in der Niere (bei Karenz 3 bis 6fach erhöht) Umsetzung von Glycin: - C-Atome zu Glucose - N-Atome zu Ammoniak

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