Malat-Aspartat Shuttle / AST und ALT

Transaminierung

  • Dient der Herstellung von Aminosäuren.

  • Wenn eine Zelle eine bestimmte Aminosäure benötigt, die nicht vorhanden ist, kann sie diese aus einer anderen Aminosäure herstellen.

  • Das Enzym, das diese Reaktion katalysiert, ist eine Transaminase.

    —> diese Verwendet Pyridoxalphosphat als Coenzym.

  • Aminosäuren können aus einer Alpha-Ketosäure hergestellt werden.

    • Aminosäure: Carboxylat, Ammoniumgruppe, Proton und Rest (definiert die Aminosäure).

    • Alpha-Ketosäure: Säuregruppe und Ketogruppe.

  • Herstellungsprozess:

    • Eine nicht mehr benötigte Aminosäure wird in eine Alpha-Ketosäure umgewandelt.

    • Eine Alpha-Ketosäure und eine Aminosäure werden in die jeweils korrespondierende Säure umgewandelt.

    • Die Aminogruppe wird übertragen —> die Aminogruppe wandert von der Aminosäure zur Alpha-Ketosäure.

    • Nicht mehr benötigte Aminosäuren werden abgebaut und zu Alpha-Ketosäuren umgebaut.

    = Transaminierung: Die Aminogruppe wird auf die Alpha-Ketosäure transferiert.

Wichtigste Aminosäuren und Alpha-Ketosäuren die man kennen     muss:

  • Glutamat (Anion zur Glutaminsäure) wird immer zu Alpha-Ketoglutarat.

    • (Glutamat ist die deprotonierte Form der Glutaminsäure bei physiologischem pH-Wert (pH 7.4), da der pKS-Wert der Säurefunktion weit unter 7.4 liegt)

    • Endung -at bedeutet Säureanion.

  • Alanin wird zu Pyruvat.

  • Aspartat wird zu Oxalacetat.

Wichtige Enzyme

  • Aspartat-Aminotransferase (AST) / Glutamat-Oxalacetat-Transaminase (GOT)

    • GOT = alter Begriff

    • Kann in beide Richtungen arbeiten.

    • Die Aminogruppe wird von einer Aminosäure auf eine Alpha-Ketosäure übertragen, um eine andere Aminosäure herzustellen.

    • Aspartat gibt in der Regel die Aminogruppe ab.

    • Zytosolische AST (c-AST) und mitochondriale AST (m-AST).

    • Vorkommen: Skelett-, Herzmuskel und Leber.

  • Alanin-Aminotransferase (ALT) / Glutamat-Pyruvat-Transaminase (GPT)

    • GPT = alter Begriff

    • Glutamat und Alpha-Ketoglutarat sind beteiligt.

    • Alpha-Ketoglutarat erhält die Aminogruppe von Alanin, wodurch Pyruvat entsteht.

    • Wichtig für die Entsorgung von Stickstoff aus der Zelle.

    • Pyruvat aus der Glykolyse kann verwendet werden, um Stickstoff zu transportieren und ins Blut abzugeben (Alaninzyklus).

    • Vorkommen: Zytoplasma der Leberzellen.

Malat-Aspartat-Shuttle

  • Zwei Kreisläufe:

    • Innerer Kreislauf: Glutamat und Alpha-Ketoglutarat (durch AST)

      • Mitochondriale AST wandelt Glutamat in Alpha-Ketoglutarat um.

      • Zytosolische AST wandelt Alpha-Ketoglutarat in Glutamat um.

    • Äußerer Kreislauf: Aspartat und Oxalacetat

  • Glutamat-Aspartat-Antiporter: Transportiert Glutamat und Aspartat im Antiport.

  • Ziel: Transport von Reduktionsäquivalenten (NADH + H+) von der zytosolischen auf die mitochondriale Seite.

    • NADH + H+ kann die Membran nicht passieren. !!

    • NADH + H+ entsteht z.B. in der Glykolyse und möchte die Elektronen zur Atmungskette transportieren

  • NADH + H+ überträgt seine Protonen & Elektronen auf Oxalacetat!! dadurch bleibt nur noch NAD+ übrig

  • Oxalacetat nimmt die Protonen und Elektronen auf und wird zu Malat (durch Malat-Dehydrogenase).

    • Malat-Dehydrogenase katalysiert eine Redoxreaktion und verwendet NADH + H+ als Coenzym.

  • Malat wird im Antiport mit Alpha-Ketoglutarat ins Mitochondrium transportiert.

  • dort wird die Reaktion wieder umgekehrt:

    • im Cytosol wird aus Oxalacetat wieder Malat

    • und im Mitochondrium wird aus Malat wieder Oxalacetat

      —> die beiden Protonen und Elektronen von NADH + H+ die ins Mitochondrium hineintransportier wurden, gehen wieder aufs NAD+ wodurch im Mitochondrium wieder NADH + H+ entsteht

    • Wichtig: Das NAD+ bleibt im jeweiligen Kompartiment (NAD+ aus Zytosol bleibt auch im Zytosol und das NAD+ aus dem Mitochondrium bleibt im Mitochondrium).

  • Glutamat muss wieder ins Mitochondrium rein, damit der Kreislauf wieder von vorne beginnen kann (also damit wieder Alpha-Ketoglutarat hergestellt werden kann, um den Antiporter bedienen zu können und damit die nächsten Elektronen & Protonen rein transportieren zu können —> Aus Oxalacetat muss also wieder Aspartat gemacht werden:

  • Regeneration von Aspartat:

    • Die mitochondriale AST wandelt Glutamat in Alpha-Ketoglutarat und Oxalacetat in Aspartat um.

    • Aspartat wird ausgeschleust und durch die zytosolische AST wieder in Oxalacetat umgewandelt

  • Innerer Kreislauf treibt den äußeren Kreislauf an

  • Oxalacetat kann die Membran nicht passieren, nur Aspartat und Malat.

  • Herstellung von Aspartat, das durch die Membran kann.

  • Transport von Oxalacetat aus dem Mitochondrium zur Gluconeogenese:

    • Oxalacetat wird in Malat umgewandelt, das durch die Membran geht (Malat-Shuttle).

    • Malat wird im Zytosol wieder in Oxalacetat umgewandelt und geht damit in die Gluconeogenese

  • Innerer Kreislauf: dient der Herstellung von Aspartat welches durch die Membran kann und das Aspartat wird über Oxalacetat in Malat umgewandelt, welches dann vom Zytosol ins Mitochondrium kann → Kreislauf beginng von vorne —» innerer Kreislauf treibt also den äußeren Kreislauf an

  • Zusammenfassung:

    • Innerer Kreislauf: Glutamat - Alpha-Ketoglutarat.

    • Äußerer Kreislauf: Aspartat - Oxalacetat - Malat.

    • Ziel: Transport von Protonen und Elektronen ins Mitochondrium/Transport bzw. indirektes einschleusen von NADH+H+

  • Malat-Alpha-Ketoglutarat-Antiporter und Glutamat-Aspartat-Antiporter sind beteiligt