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Aminosäureabbau: Transaminierung und Desaminierung

Der Abbau von Aminosäuren beginnt fast immer mit der Abtrennung der α-Aminogruppe vom Kohlenstoffgerüst, da Letzteres in den zentralen Stoffwechsel (Citratzyklus, Glykolyse/Gluconeogenese) eingespeist werden kann, während die Aminogruppe gesondert entgiftet werden muss. Dieser Prozess läuft zweistufig ab: Transaminierung sammelt die Aminogruppen verschiedener Aminosäuren auf einem gemeinsamen Akzeptor (Glutamat), die anschließende oxidative Desaminierung setzt daraus freies Ammoniak frei. Diese Kopplung erklärt, warum Glutamat und α-Ketoglutarat eine zentrale Drehscheibe im Aminosäurestoffwechsel bilden.

Mechanismus der Transaminierung

Transaminasen nutzen Pyridoxalphosphat (PLP) als prosthetische Gruppe, die über eine Schiff-Base (Aldimin) reversibel an die α-Aminogruppe des Substrats bindet. Über einen Ping-Pong-Mechanismus wird die Aminogruppe zunächst auf PLP übertragen (Bildung von Pyridoxaminphosphat, PMP), die entstandene Ketosäure freigesetzt, und anschließend die Aminogruppe von PMP auf α-Ketoglutarat übertragen, wodurch Glutamat entsteht und PLP regeneriert wird. Diese Reaktion ist frei reversibel und läuft im Zytosol und in Mitochondrien ab.

Oxidative Desaminierung und Ammoniakfreisetzung

Die Glutamatdehydrogenase (GLDH) ist eines der wenigen Enzyme, die sowohl NAD+ als auch NADP+ als Coenzym nutzen können, und liegt in der mitochondrialen Matrix v. a. der Leber vor. Sie katalysiert eine oxidative Desaminierung: Glutamat wird zu einem Iminosäure-Zwischenprodukt oxidiert, das spontan zu α-Ketoglutarat und NH4+ hydrolysiert wird. ADP und GDP wirken allosterisch aktivierend (energiearmer Zustand fördert Aminosäureabbau zur Energiegewinnung), ATP und GTP hemmen die Reaktion.

• ❗ Transaminierung ist reversibel und transferneutral bezüglich Stickstoff, oxidative Desaminierung ist der eigentliche Schritt, der freies NH4+ erzeugt
• ❗ Glutamat ist der zentrale Sammelpunkt: fast alle Aminogruppen laufen über Transaminierung auf α-Ketoglutarat/Glutamat zusammen, bevor NH4+ freigesetzt wird
• PLP-abhängige Enzyme (Transaminasen, Decarboxylasen) benötigen Vitamin B6; ein B6-Mangel kann Transaminierungsreaktionen beeinträchtigen
• GLDH ist allosterisch reguliert: ADP/GDP aktivieren, ATP/GTP hemmen – koppelt Aminosäureabbau an den Energiestatus der Zelle
• ⚠️ Prüfungsfalle: Transaminierung selbst produziert kein freies Ammoniak – das wird oft mit der oxidativen Desaminierung verwechselt
• ⚠️ Verwechslung: ALT (GPT) und AST (GOT) sind Transaminasen mit unterschiedlicher Organspezifität (ALT leberspezifischer), keine Desaminasen