Ammoniaktoxizität, Methioninstoffwechsel und Folsäure: Biochemie und Pharmakologie

Mechanismen der toxischen Ammoniakwirkung, Rolle von Folsäure und Sulfonamiden, Methionin- und S-Adenosylmethioninstoffwechsel, Kreatin- und Carnitinsynthese.

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Toxische Wirkung von Ammoniak

Ammoniak entfaltet eine vielfältige toxische Wirkung, die vor allem im Nervengewebe von Bedeutung ist. Der Hauptmechanismus beruht auf einer verstärkten Synthese von Glutamat aus α-Ketoglutarat und in der Folge Glutamin. Äußerlich erscheint dies vorteilhaft (Anstieg von Glutamat als GABA-Vorstufe), die Folgen sind jedoch überwiegend negativ.

Wege der Verwendung von Kohlenstoffgerüsten der Aminosäuren

Aminosäuren werden nach dem Schicksal ihres Kohlenstoffgerüsts in drei Gruppen unterteilt:

Der Eintritt von Aminosäuren in den Citratzyklus über α-Ketoglutarat (aus Glutamat), Succinyl-CoA (aus Valin, Methionin), Fumarat und Oxalacetat bildet sogenannte anaplerotische Reaktionen, die den Pool der Zwischenprodukte des Zyklus aufrechterhalten.

Serin- und Glycinstoffwechsel. Folsäure

Serin — eine nicht-essenzielle Aminosäure, die aus 3-Phosphoglycerat (einem Zwischenprodukt der Glykolyse) durch Dehydrierung, Transaminierung und Hydrolyse synthetisiert wird. Es wird zu Pyruvat und weiter zu Acetyl-CoA oder Glukose abgebaut.

Glycin entsteht aus Serin unter der Wirkung der Serin-Hydroxymethyltransferase; als Coenzym dient Tetrahydrofolsäure (H₄-Folat), die das β-Kohlenstoffatom von Serin unter Bildung von N⁵,N¹⁰-Methylen-H₄-Folat aufnimmt.

H₄-Folat-Derivate übertragen Ein-Kohlenstoff-Einheiten:

Der Katabolismus von Glycin (Glycinsynthase) liefert CO₂, NH₃ und Methylen-H₄-Folat.

H₄-Folat-Synthese und Sulfonamide

Aus Folsäure wird in der Leber durch zwei aufeinanderfolgende Reduktionen mit NADPH H₄-Folat gebildet: Zunächst liefert die Folatreduktase H₂-Folat, danach die Dihydrofolatreduktase H₄-Folat. Das letztgenannte Enzym wird durch das Zytostatikum Methotrexat gehemmt.

Folsäurehypovitaminose tritt bei Gemüsemangel und Resorptionsstörungen (Fehlen des Castle-Faktors, Hepatitiden, Zirrhosen) auf. Der Mangel vermindert die Nukleotidsynthese, was für sich schnell teilende Zellen (Erythropoese) kritisch ist und zu einer megaloblastären Anämie führt.

Sulfonamide sind strukturelle Analoga der Para-Aminobenzoesäure (PABA), einer Vorstufe der Folsäure bei Bakterien. Sie wirken als kompetitive Inhibitoren der bakteriellen Folatsynthetasen. Der Mensch nimmt Folat mit der Nahrung auf, weshalb die Präparate eine selektive bakteriostatische Wirkung besitzen.

Methionin- und S-Adenosylmethioninstoffwechsel

Methionin — eine essenzielle Aminosäure, initiiert die Translation (AUG-Codon) und dient als Hauptdonor von Methylgruppen. Die aktive Form ist S-Adenosylmethionin (SAM), das aus Methionin und ATP unter der Wirkung der Methionin-Adenosyltransferase gebildet wird. Nach Abspaltung der Methylgruppe erfolgt die Umwandlung in S-Adenosylhomocystein (SAH) und weiter in Homocystein.

Die Regeneration von Methionin aus Homocystein erfordert Methyl-H₄-folat und Vitamin B₁₂, wodurch der Methioninstoffwechsel mit dem Serin-, Glycin- und Folatstoffwechsel verknüpft ist. Ein alternativer Weg ist die Umwandlung von Homocystein in Cystein unter Beteiligung von Pyridoxalphosphat (B₆).

Bei genetischen Enzymdefekten oder Folat- und B₆-Hypovitaminosen entwickelt sich eine Homocystinurie: Akkumulation von Homocystin in Blut und Geweben, Linsenektopie, Osteoporose, Thrombosen.

Biologische Funktionen von SAM

SAM ist an der Synthese zahlreicher methylierter Verbindungen beteiligt:

Schlüsselpunkte

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