Eiweißverdauung im Magen
Die Hydrolyse von Nahrungsproteinen beginnt im Magen. Hauptzellen sekretieren Pepsinogen, Belegzellen (parietale Zellen) — Salzsäure. HCl erfüllt eine doppelte Funktion: Sie denaturiert Proteine, wodurch Peptidbindungen zugänglich werden, und aktiviert Pepsinogen durch partielle Proteolyse zum aktiven Pepsin. Das pH-Optimum von Pepsin liegt bei 1,5–2,0. Unter seiner Einwirkung werden Proteine in größere Peptide gespalten, die in das Duodenum gelangen.
Pankreatische Proteasen und deren Aktivierung
Die Bauchspeicheldrüse sekretiert proteolytische Enzyme in Form von Proenzymen (Zymogenen), was die Drüse vor Selbstverdauung schützt: Trypsinogen, Chymotrypsinogen, Procarboxypeptidasen A und B, Proelastase.
Aktivierungskaskade:
- Enteropeptidase (Enterokinase) des Bürstensaums im Dünndarm spaltet ein Hexapeptid vom Trypsinogen ab und wandelt es in Trypsin um.
- Trypsin aktiviert autokatalytisch neue Trypsinogenmoleküle und überführt Chymotrypsin, Elastase sowie die Carboxypeptidasen A und B in ihre aktiven Formen.
Trypsin und Chymotrypsin sind Endopeptidasen, die interne Peptidbindungen spalten; Carboxypeptidasen sind Exopeptidasen, die C-ständige Aminosäuren abspalten. Als Ergebnis entstehen Di- und Tripeptide, die unter dem Einfluss von Aminopeptidasen und Dipeptidasen der Enterozyten zu freien Aminosäuren hydrolysiert und ins Blut aufgenommen werden.
Akute Pankreatitis und Trypsin-Inhibitoren
Eine vorzeitige (intrapankreatische) Aktivierung der Zymogene führt zur Selbstverdauung des Drüsengewebes – es entwickelt sich eine akute Pankreatitis mit Entzündung und Ödem. Die Therapie umfasst Proteaseinhibitoren — Contrykal, Trasylol, Gordox (Aprotinin). Deren Wirksamkeit erklärt sich durch die Schlüsselrolle von Trypsin: Die Blockade von Trypsin stoppt die gesamte Aktivierungskaskade der übrigen Proteasen.
Transaminierungsreaktionen
Transaminierung ist die reversible Übertragung einer α-Aminogruppe von einer Aminosäure auf eine α-Ketosäure unter Bildung einer neuen Aminosäure und einer neuen α-Ketosäure. Die Reaktion ist nicht mit der Freisetzung von Ammoniak verbunden und gewährleistet die gegenseitige Umwandlung von Aminosäuren im intermediären Stoffwechsel.
Der Coenzymfaktor aller Aminotransferasen ist Pyridoxalphosphat (PLP), ein Derivat von Vitamin B6.
Schlüsseltransferasen:
- AST (Aspartat-Aminotransferase): Aspartat + α-Ketoglutarat ⇌ Oxalacetat + Glutamat.
- ALT (Alanin-Aminotransferase): Alanin + α-Ketoglutarat ⇌ Pyruvat + Glutamat.
Glutamat dient als universeller „Kollektor“ von Aminogruppen, da genau dieses der anschließenden oxidativen Desaminierung unterliegt.
Diagnostische Bedeutung von AST und ALT. De-Ritis-Koeffizient
AST und ALT sind organspezifische Enzyme. ALT ist überwiegend im Zytosol der Hepatozyten lokalisiert, AST sowohl in Hepatozyten als auch in Kardiomyozyten (sowohl zytosolische als auch mitochondriale Fraktion). Bei Zellschädigung treten die Enzyme ins Blut über, was in der Enzymdiagnostik genutzt wird.
- Akute Virushepatitis: ALT steigt um das 6- bis 8-fache und mehr an, AST mäßig.
- Myokardinfarkt: AST steigt um das 8- bis 10-fache an, ALT um das 1,5- bis 2-fache.
De-Ritis-Koeffizient = AST / ALT. Im Normbereich liegt er bei etwa 1,33.
- Bei Hepatitis sinkt der Koeffizient auf ca. 0,6 ab.
- Bei einem Myokardinfarkt liegt er deutlich über 1.
- Bei Leberzirrhose beträgt er etwa 1.
Desaminierung von Aminosäuren
Desaminierung ist die Abspaltung einer α-Aminogruppe von einer Aminosäure unter Freisetzung von freiem Ammoniak (NH3) und Bildung der entsprechenden α-Ketosäure. Im Gegensatz zur Transaminierung verringert sich dabei die Gesamtzahl der Aminosäuren – dies ist die initiale Phase ihres Katabolismus.
Die entstehenden α-Ketosäuren (stickstofffreie Reste) können eintreten in:
- Oxidationsreaktionen im Krebs-Zyklus zur Energiegewinnung;
- Transaminierungsreaktionen zur Resynthese von Aminosäuren;
- Glukoneogenese oder Ketogenese.
Typen der Desaminierung:
- Direkte Desaminierung — oxidativ (typisch für Glutamat unter der Einwirkung von Glutamatdehydrogenase) und nicht-oxidativ (für Serin, Threonin).
- Indirekte (Transdesaminierung) — der Hauptweg beim Menschen: Die Aminosäure überträgt ihre Aminogruppe auf α-Ketoglutarat unter Bildung von Glutamat, welches anschließend der oxidativen Desaminierung unterzogen wird.
Ammoniak ist toxisch, insbesondere für das Zentralnervensystem, und muss daher entgiftet werden (vorwiegend im Ornithin-Harnstoffzyklus).
Schlüsselpunkte
- Pepsin wird durch HCl im Magen aktiviert; pankreatische Proteasen werden als Zymogene sekretiert.
- Enteropeptidase löst die Aktivierung von Trypsinogen aus; Trypsin ist der Hauptaktivator der gesamten proteolytischen Kaskade.
- Die vorzeitige Aktivierung von Trypsinogen verursacht eine akute Pankreatitis; die Therapie besteht aus Trypsin-Inhibitoren (Contrykal, Gordox).
- Transaminierung ist eine reversible Reaktion unter Beteiligung von Pyridoxalphosphat (Vitamin B6) ohne Freisetzung von Ammoniak.
- AST und ALT sind diagnostische Marker für Leber- und Myokardschädigungen.
- De-Ritis-Koeffizient (AST/ALT): < 1 bei Hepatitis, > 1 bei Myokardinfarkt.
- Desaminierung ist eine katabole Reaktion unter Freisetzung von toxischem NH3 und Bildung von α-Ketosäuren.
- Der Hauptweg beim Menschen ist die indirekte Desaminierung über Glutamat.