Bei der Transaminierung handelt es sich um eine chemische Reaktion, bei der eine Aminogruppe von einer Aminosäure auf eine α-Ketosäure übertragen wird.
Dieser Prozess findet hauptsächlich in der Leber statt. Dort werden Aminogruppen verschiedener Aminosäuren auf α-Ketoglutarat übertragen, wodurch Glutamat entsteht. In den Mitochondrien wird Glutamat desaminiert, und das dabei entstehende toxische Ammonium gelangt zur Ausscheidung in den Harnstoffzyklus. Ein weiterer Ort der Transaminierung ist die Skelettmuskulatur. Dort werden Aminogruppen auf Pyruvat übertragen, wodurch Alanin entsteht. Alanin transportiert Stickstoff über den Glucose-Alanin-Zyklus zur Leber. [ 1 ]
In der Biochemie findet dieser Prozess in großem Umfang während der Aminosäuresynthese statt und wird durch Transaminasen (Aminotransferasen) katalysiert . Diese benötigen den Cofaktor Pyridoxalphosphat (PLP) und eine α-Ketosäure als Akzeptor der Aminogruppe. α-Ketoglutarat dient als vorherrschender Aminogruppenakzeptor und produziert Glutamat .
- Aminosäure + α-Ketoglutarat ↔ α-Ketosäure + Glutamat
Die Aminogruppe des Glutamats wird ihrerseits in einer zweiten Transaminierungsreaktion auf Oxalacetat übertragen, wodurch Aspartat entsteht .
Biochemischer Mechanismus und Funktion der Transaminierung
Die Transaminierung ist für die Desaminierung der meisten Aminosäuren verantwortlich und einer der wichtigsten Abbauwege, der essentielle Aminosäuren in nicht-essentielle Aminosäuren (Aminosäuren, die vom Organismus neu synthetisiert werden können) umwandelt.
Die Transaminierung wird durch verschiedene Aminotransferasen katalysiert . Eine Aminotransferase kann spezifisch für eine einzelne Aminosäure sein oder jede Aminosäure einer Gruppe ähnlicher Aminosäuren spalten können, beispielsweise die verzweigtkettigen Aminosäuren Valin, Isoleucin und Leucin. Die beiden häufigsten Aminotransferasen sind die Alanin-Aminotransferase (ALT) und die Aspartat-Aminotransferase (AST) .
Wirkungsmechanismus
Die durch Aminotransferasen katalysierte Transaminierung verläuft in zwei Schritten. Im ersten Schritt wird die α-Aminogruppe einer Aminosäure auf das Enzym übertragen, wodurch die entsprechende α-Ketosäure und das aminierte Enzym entstehen. Im zweiten Schritt wird die Aminogruppe auf den Ketosäure-Akzeptor übertragen, wodurch das Aminosäureprodukt gebildet und gleichzeitig das Enzym regeneriert wird. Die Chiralität einer Aminosäure wird während der Transaminierung bestimmt. Für den vollständigen Ablauf der Reaktion benötigen Aminotransferasen das aldehydhaltige Coenzym Pyridoxal-5'-phosphat (PLP) , ein Derivat von Pyridoxin ( Vitamin B6 ) . Die Aminogruppe wird durch Umwandlung dieses Coenzyms in Pyridoxamin-5'-phosphat (PMP) aufgenommen. PLP ist kovalent über eine Schiffsche Base an das Enzym gebunden, die durch Kondensation seiner Aldehydgruppe mit der ε-Aminogruppe eines enzymatischen Lysinrests entsteht . Die Schiffsche Base, die an den Pyridiniumring des Enzyms konjugiert ist, steht im Mittelpunkt der Coenzymaktivität.
Der PLP-abhängige, enzymkatalysierte Transaminierungsmechanismus wird als Ping-Pong-Bi-Bi-Mechanismus bezeichnet. Die Aminotransferase-Reaktion verläuft in zwei Stufen mit jeweils drei Schritten: Transaminierung, Tautomerisierung und Hydrolyse. In der ersten Stufe wird die α-Aminogruppe der Aminosäure auf PLP übertragen, wodurch eine α-Ketosäure und PMP entstehen. In der zweiten Stufe wird die Aminogruppe von PMP auf eine andere α-Ketosäure übertragen, wodurch eine neue α-Aminosäure und PLP gebildet werden.
Die Produkte von Transaminierungsreaktionen hängen von der Verfügbarkeit von α-Ketosäuren ab. Üblicherweise entstehen Alanin , Aspartat oder Glutamat , da die entsprechenden α-Ketosäuren im Stoffwechsel von Brennstoffen gebildet werden. Lysin , Prolin und Threonin sind die einzigen drei Aminosäuren, die nicht immer transaminiert werden, sondern stattdessen durch entsprechende Dehydrogenasen umgewandelt werden. Dies ist ein wichtiger Abbauweg für Aminosäuren.
Nicht-enzymatische Transaminierung
Eine zweite Art von Transaminierungsreaktion kann als nukleophile Substitution eines Amins oder Amid-Anions durch ein Amin oder Ammoniumsalz beschrieben werden. [ 2 ] Beispielsweise kann der Angriff eines primären Amins durch ein primäres Amid-Anion zur Herstellung sekundärer Amine genutzt werden:
- RNH 2 + R'NH − → RR'NH + NH 2 −
Symmetrische sekundäre Amine können mit Raney-Nickel hergestellt werden (2RNH₂ → R₂NH + NH₃ ) . Und schließlich können quaternäre Ammoniumsalze mit Ethanolamin dealkyliert werden.
- R₄N⁺ + NH₂CH₂CH₂OH → R₃N + RN + H₂CH₂CH₂OH
Aminonaphthaline unterliegen ebenfalls Transaminierungen. [ 3 ]
Die Rolle spezifischer Gewebe und Organe bei der Transaminierung
Die Transaminierung findet in verschiedenen Geweben und Organen statt, insbesondere in der Leber und der Skelettmuskulatur, die zusammenarbeiten, um die beim Aminosäureabbau entstehenden Aminogruppen zu verarbeiten. Die Leber ist der Hauptort der Transaminierung. Nachdem Proteine in ihre Monomere, die Aminosäuren, gespalten wurden, werden diese Aminosäuren zur Leber transportiert. Im Zytoplasma der Hepatozyten werden die Aminogruppen vieler Aminosäuren auf α-Ketoglutarat übertragen, wodurch in einer Transaminierungsreaktion Glutamat entsteht. [ 1 ] Durch diesen Prozess werden die Aminogruppen verschiedener Aminosäuren zu Glutamat verbunden, wodurch der Bedarf an mehreren Enzymen für nachfolgende Abbau- oder Biosyntheseprozesse reduziert wird.
Nach dieser Transaminierungsreaktion wird Glutamat in die Mitochondrien transportiert, wo die Glutamatdehydrogenase eine oxidative Desaminierungsreaktion katalysiert, wodurch Ammonium freigesetzt wird. [ 4 ] Freies Ammonium ist zelltoxisch, daher wandelt die Leber es rasch durch eine Reaktion mit Bicarbonat in Carbamoylphosphat um, sodass es in den Harnstoffzyklus zur Ausscheidung gelangen kann . Die Leber enthält außerdem Aspartat-Aminotransferase. Dieses Enzym katalysiert eine einzigartige Reaktion, bei der Oxalacetat anstelle von α-Ketoglutarat als Aminogruppenakzeptor dient. [ 5 ] In dieser Reaktion überträgt Glutamat eine Aminogruppe auf Oxalacetat, wodurch die Aminosäure Aspartat entsteht und α-Ketoglutarat regeneriert wird. Aspartat kann dann in den Harnstoffzyklus eintreten, wo es sich mit Citrullin verbindet .
Die Skelettmuskulatur ist ein weiterer Ort der Transaminierung. Pyruvat ist aufgrund der ausgeprägten Glykolyse in der Muskulatur reichlich vorhanden. Aminogruppen in der Skelettmuskulatur werden auf Pyruvat, ein Produkt der Glykolyse, übertragen, wodurch Alanin entsteht. [ 6 ] Diese Transaminierungsreaktion wird durch die Alanin-Aminotransferase katalysiert. Alanin wird anschließend zur Leber transportiert, wo es durch Übertragung seiner Aminogruppe auf α-Ketoglutarat wieder in Pyruvat (das für die Gluconeogenese verwendet wird) umgewandelt wird, wodurch Glutamat entsteht. [ 7 ] Gleichzeitig wird Glucose von der Leber (wo sie aufgrund der Gluconeogenese in größerer Menge vorhanden ist) zur Muskulatur transportiert, wo sie verbraucht wird. [ 7 ] Dies ist der Glucose-Alanin-Zyklus .
Referenzen
- ^ a b Chandel, Navdeep S. (2021-04-01). „Amino Acid Metabolism“ . Cold Spring Harbor Perspectives in Biology . 13 ( 4) a040584. doi : 10.1101/cshperspect.a040584 . ISSN 1943-0264 . PMC 8015690. PMID 33795250 .
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- ^ a b Litwack, Gerald (2022), „Metabolismus von Aminosäuren“ , Human Biochemistry , Elsevier, S. 403–440 , doi : 10.1016/b978-0-323-85718-5.00020-0 , ISBN 978-0-323-85718-5abgerufen am 28.11.2025
- Voet & Voet. Biochemie , 4. Auflage
