Die Leber ist das zentrale Drehkreuz für die Aminosäurehomöostase und balanciert Proteinsynthese, Energieproduktion und Stickstoffentsorgung.
Wichtigste Stoffwechselwege
1. Transamination (umkehrbarer Aminogruppentransfer)
- Enzyme: Aminotransferasen (AST, ALT) — benötigen Pyridoxalphosphat (PLP/B6).
- Reaktion: Aminosäure + α-Ketosäure ⇄ Neue Aminosäure + Neue Ketosäure.
- Wichtige Paare: Alanin ⇄ Pyruvat; Asparaginat ⇄ Oxalacetat; Glutamat ⇄ α-Ketoglutarat.
- Funktion: Verteilt Aminogruppen; leitet Stickstoff zu Glutamat.
2. Oxidative Deaminierung (irreversible Stickstofffreisetzung)
- Primäres Enzym: Glutamatdehydrogenase (GDH) — mitochondrial.
- Reaktion: Glutamat + NAD⁺/NADP⁺ + H₂O → α-Ketoglutarat + NH₄⁺ + NAD(P)H.
- Regulation: Aktiviert durch ADP/GDP; gehemmt durch GTP/ATP (Energiestatussensor).
- Netto: Gibt freies Ammoniak für die Harnstoffsynthese frei.
3. Harnstoffzyklus (Ornithinzyklus) — Hepatische Stickstoffentsorgung
- Lokalisation: Mitochondrien (erste 2 Schritte) + Zytosol (letzte 3 Schritte).
- Inputs: 2 NH₄⁺ (eines über Carbamoylphosphat, eines über Asparaginat), 3 ATP, CO₂.
- Output: Harnstoff + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi.
- Schlüsselenzyme: CPS1, OTC, ASS, ASL, ARG1.
- Regulation: N-Acetylglutamat (CPS1-Aktivator); Substratverfügbarkeit.
4. Schicksale der Kohlenstoffskelette
| Weg | Vorstufen | Bedingungen |
|---|
| Gluconeogenese | Glukogene AAs (Ala, Gln, Asp, etc.) | Fasten, niedrige Kohlenhydrate |
| Ketogenese | Ketogene AAs (Leu, Lys) + gemischt | Langes Fasten, Keto-Diät |
| Vollständige Oxidation | Alle AAs über Zitratzyklus | Energiebedarf |
| Proteinsynthese | Alle essentiellen + nicht-essentiellen | Sättigter Zustand, Wachstum/Reparatur |
5. Spezialisierte hepatische Aminosäureverarbeitung
- Glutaminsynthetase (perivenös): Bindet restliches NH₄⁺ → Glutamin (Brennstoff für Gehirn, renale Ammoniogenese).
- Glutaminase (periportal): Gibt NH₄⁺ für Harnstoffzyklus frei.
- Alanin-Zyklus (Cahill-Zyklus): Muskel → Alanin → Leber → Pyruvat → Glukose → Muskel.
Klinische Korrelate
- Erhöhte AST/ALT: Hepatozelluläre Schädigung gibt Aminotransferasen frei.
- Hyperammonämie: Harnstoffzyklusdefekte, Leberversagen, portosystemische Umleitung.
- BCAA/AAA-Verhältnis: Verringert bei Zirrhose (aromatische AA ↑, verzweigtkettige ↓) → hepatische Enzephalopathie.
Der hepatische Aminosäurestoffwechsel exemplifiziert die metabolische Integration: Stickstoffentsorgung, Glukosehomöostase und Energieproduktion sind untrennbar.
