Transaminierung und oxidative Desaminierung

Wenn Aminosäuren abgebaut werden sollen, ist die entscheidende Frage nicht zuerst: Wohin mit dem Kohlenstoffgerüst? Sondern: Wohin mit dem Stickstoff? Eine freie Aminogruppe kann nicht einfach im Stoffwechsel „herumliegen“. Ammoniak ist toxisch. Also braucht der Körper ein kontrolliertes System, und dieses System besteht aus zwei eng verzahnten Prozessen: der Transaminierung und der Desaminierung.

Die Transaminierung – Stickstoff wird verschoben

Die Transaminierung ist im Grunde ein Tauschgeschäft. Eine Aminosäure überträgt ihre Aminogruppe auf eine α-Ketosäure. Es entsteht eine neue Aminosäure und eine neue Ketosäure. Freies Ammoniak entsteht dabei nicht.

Fast immer ist α-Ketoglutarat der Akzeptor. Dadurch entsteht Glutamat. Und genau hier liegt der Schlüssel: Glutamat fungiert als zentrale Sammelstelle für Aminogruppen. Praktisch alle abbaubaren Aminosäuren können ihren Stickstoff auf Glutamat umlagern.

Die Reaktion wird von Aminotransferasen katalysiert, auch Transaminasen genannt. Klinisch kennt man vor allem ALT (Alanin-Aminotransferase) und AST (Aspartat-Aminotransferase). Sie sind Marker für Zellschädigung, besonders in der Leber.

Entscheidend für die Reaktion ist das Coenzym Pyridoxalphosphat (PLP), die aktive Form von Vitamin B6. PLP ist kein bloßer Helfer, sondern ein temporärer Träger der Aminogruppe. Über eine Schiff-Base bindet es zunächst an die Aminosäure, übernimmt die Aminogruppe und überträgt sie anschließend auf die Ziel-Ketosäure. Ohne PLP funktioniert keine Transaminierung. Ein Vitamin-B6-Mangel beeinträchtigt daher direkt den Aminosäurestoffwechsel.

Die Transaminierung ist reversibel, benötigt kein ATP und verknüpft den Aminosäurestoffwechsel direkt mit Zwischenprodukten des Citratzyklus. Sie ist also nicht nur eine Abbaureaktion, sondern auch Grundlage für die Synthese nicht-essenzieller Aminosäuren.

Oxidative Desaminierung – jetzt entsteht freies Ammonium

Nachdem der Stickstoff auf Glutamat gesammelt wurde, folgt der eigentliche Abspaltungsschritt. Das ist die oxidative Desaminierung.

Hier wird aus Glutamat wieder α-Ketoglutarat gebildet – und dabei NH₄⁺ freigesetzt. Katalysiert wird diese Reaktion durch die Glutamat-Dehydrogenase (GDH) in den Mitochondrien, vor allem in Leber und Niere.

Besonders interessant ist, dass die GDH sowohl NAD⁺ als auch NADP⁺ als Cofaktor verwenden kann. Gleichzeitig ist sie streng allosterisch reguliert: Bei Energiemangel (viel ADP/GDP) wird sie aktiviert. Bei Energieüberschuss (viel ATP/GTP) wird sie gehemmt.

Das bedeutet: Der Abbau von Aminosäuren ist direkt an den Energiezustand der Zelle gekoppelt.

Die oxidative Desaminierung liefert freies Ammonium, und das muss sofort weiterverarbeitet werden – in der Leber über den Harnstoffzyklus, in der Niere auch zur Säureausscheidung.

Transdeaminierung 

In der Leber laufen Transaminierung und oxidative Desaminierung praktisch gekoppelt ab. Diese Kombination nennt man Transdeaminierung.

Zuerst werden Aminogruppen auf Glutamat übertragen. Danach wird Glutamat oxidativ desaminiert. Auf diese Weise entsteht Ammoniak nicht unkontrolliert aus vielen verschiedenen Aminosäuren, sondern gebündelt über ein zentrales Molekül.

Nicht-oxidative Desaminierung

Neben der oxidativen Form gibt es die nicht-oxidative Desaminierung. Hier wird die Aminogruppe ohne Redoxreaktion abgespalten.

Ein wichtiges Beispiel ist Serin. Die Serin-Dehydratase entfernt die Aminogruppe und bildet Pyruvat sowie NH₄⁺.

Auch Threonin kann auf ähnliche Weise desaminiert werden. Diese Reaktionen laufen ebenfalls vor allem in der Leber ab.

Hier entsteht ebenfalls freies Ammonium – aber ohne Beteiligung von NAD⁺ oder NADP⁺.

Hydrolytische Desaminierung

Eine weitere Form ist die hydrolytische Desaminierung. Sie spielt vor allem im Nukleotidstoffwechsel eine Rolle, kommt aber auch im Aminosäurekontext vor.

Beispiel: Glutamin → Glutamat + NH₄⁺

Diese Reaktion wird durch Glutaminase katalysiert. Sie ist besonders wichtig in:

• der Leber (Stickstoffbereitstellung für den Harnstoffzyklus)

• der Niere (Ammoniumbildung zur Säurepufferung)

Glutamin fungiert hier als ungiftige Transportform für Ammoniak im Blut. Erst im Zielorgan wird der Stickstoff freigesetzt.

Sonderfall: Desaminierung durch Aminosäure-Oxidasen

Es existieren außerdem Aminosäure-Oxidasen, die Aminosäuren direkt oxidativ desaminieren können. Diese spielen beim Menschen eine untergeordnete Rolle, sind aber biochemisch interessant. Dabei entstehen Iminosäure-Intermediate, die anschließend hydrolytisch zu α-Ketosäuren und Ammoniak zerfallen.

Warum dieses System so aufgebaut ist

Freies Ammoniak ist neurotoxisch. Es verschiebt das Gleichgewicht von Glutamat und Glutamin im Gehirn, beeinflusst die Neurotransmission und kann zu Hirnödemen führen.

Deshalb wird Stickstoff im Körper fast nie frei transportiert. Er wird gebunden:

• als Glutamat

• als Glutamin

• als Alanin im Glukose-Alanin-Zyklus

Erst in der Leber wird der Stickstoff endgültig entsorgt.