Een van de belangrijkste stoffen voor het menselijk lichaam zijn aminozuren Zonder hen kan het metabolisme zich niet vormen eiwitten, lever metabolisme, groei, het opbouwen van de huid, nagels en haar en de functie van de zenuwstelsel zou niet mogelijk zijn. Aminozuren zijn bouwstenen voor de synthese van eiwitten en dienen als basisbouwstenen voor gluconeogenese, de metabole route voor de vorming van glucose Het aminozuurmetabolisme omvat dus alle biochemische processen in het lichaam bij de samenstelling, afbraak en omzetting van aminozuren.
Wat is aminozuurmetabolisme?
Het aminozuurmetabolisme omvat alle biochemische processen in het lichaam bij de samenstelling, afbraak en omzetting van amino zuren, bijv lysine Het menselijk lichaam kan een aminozuur aanmaken zuren zichzelf en verkrijgt anderen uit voedsel. De betrokken processen zijn complex. Enzymen en co-enzymen worden gebruikt. Als zoiets enzymen defect of onvoldoende gevormd zijn, leidt dit tot verstoringen van het aminozuurmetabolisme, wat op zijn beurt leidt tot ernstige ziekten. Individuele amino zuren vormen ook voorlopers van hormonen en neurotransmitters of dienen in de samenstelling van stikstof-bevattende verbindingen.
Functie en taak
In principe zijn aminozuren onderverdeeld in essentieel en niet-essentieel. Het aminozuurmetabolisme omvat hun vorming en afbraak. Essentiële aminozuren kan niet door het menselijk organisme zelf worden gevormd, omdat in de loop van de evolutie de enzymen geschikt voor hen gingen geleidelijk verloren en de synthese is nogal omslachtig. Ze worden met voedsel opgenomen en worden genoemd leucine, isoleucine, leucine, methionine, lysine, fenylalanine, tryptofaan, threonine en valine. Bij stofwisselingsstoornissen van aminozuren worden ook andere aminozuren essentieel, bijvoorbeeld tyrosine fenylketonurie. Niet-essentiële aminozuren kan door het lichaam zelf worden gevormd. Deze omvatten asparaginezuur en glutaminezuur, alanine en serine. De formatie vindt plaats in de lever en nieren, voor de processen in de lever heeft het lichaam alfa-ketozuren nodig die worden geleverd door bèta-oxidatie van vetzuren Alfa-ketozuren dienen voor de overdracht van aminogroepen via aminozuren. Het lichaam verkrijgt een afgeleide van vitamine B6 genaamd co-enzym pyridoxal fosfaat, dat een belangrijke rol speelt bij de overdracht. Bij het aminozuurmetabolisme is het co-enzym ook verantwoordelijk voor uitdroging, transaminatie en decaroxidatie tot biogeen aminen. Uitdroging is een proces van afsplitsing waterstof oppompen van moleculen, verwijzend naar organische verbindingen die zijn geoxideerd. Dit gebeurt in een endotherme reactie, maar kan ook worden omgezet in een exotherme reactie door zuurstof, die zich vervolgens vormt water Bij transaminatie wordt de alfa-aminogroep van een aminozuur verschoven naar een alfa-ketozuur, waardoor een nieuw alfa-ketozuur en aminozuur wordt gevormd. De enzymen die voor dit proces nodig zijn, worden transaminasen genoemd. Acceptanten zijn ketoglutaraat, oxaalacetaat en pyrodruivenzuur. Het proces dat op deze manier plaatsvindt, is altijd omkeerbaar. Decarboxylering is het afsplitsen van een carboxylgroep van een molecuul en de daaruit voortvloeiende vorming van carbon dioxide. Biogeen aminen worden aldus geassembleerd, die op hun beurt eenvoudig zijn moleculen met aminogroepen. In het geval van niet-essentiële aminozuren, de aldehydegroep van het co-enzym pyridoxal fosfaat vormt een Schiff'sche-base met de aminogroep van het zuur, met de eliminatie of water De Schiff'sche-base wordt dus gestabiliseerd door een kationische groep in het enzym. In de pyridinering van het co-enzym treedt een elektrofiele werking op stikstof blijft plaatsvinden en de vorming van een ketiminevorming, die niet stabiel is en wordt getransformeerd. Dit kan gebeuren via transaminatie of deaminatie. Dit laatste omvat de splitsing van een aminogroep van een aminozuur en wordt verder gebruikt als ammonia Dit is belangrijk voor bloed PH-niveaus, maar bij lage concentraties wordt bijvoorbeeld herkend door de hersenen als giftig en wordt daarom omgezet in de lever naar ureum, die vervolgens wordt uitgescheiden.
Ziekten en kwalen
Als er defecten in het aminozuurmetabolisme optreden, leidt dit tot ernstige schade aan het organisme en daarmee samenhangende ziekten. De meeste zijn aangeboren gen effecten overgedragen door overerving. Velen van hen zijn vrij zeldzaam en hun manifestatie hangt af van het feit of enzymen ontbreken of alleen hun functie is verstoord. Bij het aminozuurmetabolisme vinden verschillende processen plaats, die op hun beurt verschillende enzymen vereisen. De aandoeningen kunnen dus ook variëren. Dit maakt de diagnose van dergelijke ziekten des te moeilijker. Symptomen zijn niet altijd bekend en ook moeilijk te identificeren. De meeste defecten manifesteren zich in het feit dat tussenproducten niet meer kunnen worden omgezet in aminozuren. Evenzo kunnen de voorlopers van dit proces worden geblokkeerd. De gevolgen hiervan zijn een opeenstapeling van dergelijke tussenproducten, waardoor de functies door het aminozuurgebrek niet meer kunnen plaatsvinden. Aldus treedt snel weefsel- en orgaanschade op of ontstaan er faalsymptomen. Onder deze omstandigheden wordt het aminozuurtransport verstoord. Aminozuren worden niet meer via de urine uitgescheiden, maar worden terug in het organisme getransporteerd. De resulterende ziekten omvatten albinisme, alkaptonurie en fenylketonurie In alle drie de manifestaties is het metabolisme van tyrosine verstoord. In albinismekan het menselijk lichaam de huid kleurstof melanine om deze reden. De huid, ogen en haar zijn daarom erg bleek, roze tot wit. Tyrosine wordt geproduceerd door het aminozuur fenylalanine, dat wordt verkregen uit voedsel. Als dit ontbreekt, niet alleen melanine maar ook het schildklierhormoon thyroxine of boodschappersubstanties zoals catecholamines kan niet meer worden geproduceerd. Bij alkaptonnurie ontbreekt het enzym homogentisine oxigenase. Dit zet homogentisinezuur om in maleylacetoazijnzuur. Als alkapton wordt dit uitgescheiden in de urine of opgeslagen in het lichaam. Dit resulteert in ontsteking vanwege kristal of calcium deposito's in de gewrichtenevenals nier stenen of hartstoornissen. Een mogelijke diagnose is de toevoeging van bases, waardoor de urine zwart wordt. Fenylketonurie is de meest voorkomende stoornis van het aminozuurmetabolisme. Het wordt veroorzaakt door een defect in het enzym fenylalaninehydroxylase, dat verantwoordelijk is voor de omzetting van fenylalanine in tyrosine. Als dit niet gebeurt, hoopt fenylalanine zich op in de weefsels en bloed en begint de hersenen Dit beïnvloedt en vertraagt de algehele lichamelijke ontwikkeling. Aanvallen en mentaal vertraging kan voorkomen. Voor dit defect is er een dieet verrijkt met speciale aminozuren, die, toegepast in de eerste twee maanden van het leven van een kind, tot een normale ontwikkeling leiden. De dieet moet worden gevolgd tot de puberteit.
