Der Aminosäurekatabolismus ist der Prozess, bei dem [Aminosäuren] (/guides/amino-acids.html) zur Energiegewinnung abgebaut oder in Stoffwechselzwischenprodukte umgewandelt werden. Die aus Aminosäuren entfernten Stickstoffatome sind giftig und müssen zur Ausscheidung in Harnstoff umgewandelt werden.

Aminosäurekatabolismus

Transaminierung

Der erste Schritt beim Aminosäureabbau ist die Entfernung der Aminogruppe. Aminotransferasen übertragen die Aminogruppe auf Alpha-Ketoglutarat und bilden dabei Glutamat und eine Alpha-Ketosäure, die der ursprünglichen Aminosäure entspricht.

Oxidative Desaminierung

Glutamat wird zu den Mitochondrien transportiert, wo Glutamatdehydrogenase die Aminogruppe als freies Ammoniak (NH4+) entfernt und so Alpha-Ketoglutarat regeneriert. Diese Reaktion verwendet NAD+ oder NADP+ als Cofaktor.

Kohlenstoffskelette

Die verbleibenden Kohlenstoffgerüste (Alpha-Ketosäuren) gelangen in Stoffwechselwege. Sie werden als glucogen, ketogen oder beides klassifiziert. Glucogene Aminosäuren verfügen über Kohlenstoffgerüste, die durch Glukoneogenese in Glukose umgewandelt werden können. Ketogene Aminosäuren haben Kohlenstoffgerüste, die in Acetyl-CoA oder Acetoacetat umgewandelt werden, Vorläufer für [Fettsäuren] (/guides/fatty-acid-oxidation-and-synthesize.html) oder Ketonkörper. Einige Aminosäuren sind sowohl glucogen als auch ketogen.

Der Harnstoffzyklus

Ammoniaktransport

Freies Ammoniak ist giftig, insbesondere für das Gehirn. In den meisten Geweben wird Ammoniak durch Glutaminsynthetase in Glutamin umgewandelt, um es sicher zur Leber zu transportieren.

Schritte des Harnstoffzyklus

Der Harnstoffzyklus findet in der Leber statt und wandelt Ammoniak in einer Reihe von Schritten in Harnstoff zur Ausscheidung um. In den Mitochondrien verbindet sich Ammoniak mit CO2 und ATP zu Carbamoylphosphat. Carbamoylphosphat verbindet sich dann mit Ornithin zu Citrullin. Citrullin wird zum Zytoplasma transportiert, wo es sich mit Aspartat zu Argininosuccinat verbindet. Argininosuccinat wird zu Arginin und Fumarat gespalten. Schließlich wird Arginin durch Arginase hydrolysiert, um Harnstoff zu produzieren und Ornithin zu regenerieren, wodurch der Zyklus abgeschlossen wird.

Nettoergebnis

Der Harnstoffzyklus wandelt zwei Moleküle Ammoniak und ein Molekül Bikarbonat in ein Molekül Harnstoff um, das mit dem Urin ausgeschieden wird. Das erzeugte Fumarat verbindet den Harnstoffzyklus mit dem Zitronensäurezyklus.