background image

Clinical biochemistry  second stage   lecture 2                                Dr.Thana Alsewedy 

                                     

 

 

 

1

General Amino Acid Metabolism 

The  main  role  of  amino  acids  is  in  the  synthesis  of  structural  and 
functional  proteins
.  Unlike  carbohydrates  and  fats,  there  is  no  storage 
form  of  proteins  in  the  body.The  body  amino  acid  pool  is  always  in  a 
dynamic  steady  state.  In  an  adult,  the  rate  of  synthesis  of  proteins 
balances  the  rate  of  degradation,  so  that  nitrogen  balance  is 
maintained .the main reaction of amino acid are  
1. 
The anabolic reactions where proteins are synthesized. 
2. Synthesis of specialized products such as heme,creatine, purines and 
pyrimidines. 
3. The catabolic reactions where dietary proteins and body proteins are 
broken down to amino acids. 
4. Transamination: amino group is removed to produce the carbon 
skeleton (keto acid). The amino group liberated as ammonia is detoxified 
and excreted as urea
5. The carbon skeleton is used for synthesis of nonessential amino acids. 
6. 
It is also used for gluconeogenesis

 

 

             Figure (1)General Amino Acid Metabolism

 

DS

REMOVAL OF NITROGEN FROM AMINO ACI

  

The presence of the α-amino group keeps amino acids safely locked away 
from oxidative breakdown. Removing the α-amino group is essential for 
producing energy from any amino acid, and is an obligatory step in the 
catabolism    of  all  amino  acids.  Once  removed,  this  nitrogen  can  be 
incorporated into other compounds or excreted, with the carbon skeletons 
being metabolized. 

General structure of amino acid 


background image

Clinical biochemistry  second stage   lecture 2                                Dr.Thana Alsewedy 

                                     

 

 

 

2

The first step in the catabolism of most amino acids is the transfer of their 
α - amino group to α -ketoglutarate where the products are α - ketoacids 
and glutamate. This transfer of amino groups from one carbon skeleton to 
another is catalyzed by a family of transaminases which are also called 
aminotransferases. Most of the amino acids undergo these reaction except 
lysine and threonine 
The main reaction of amino Acid : 

A. Transamination: the tunneling of amino groups to glutamate 

i. Transamination is the exchange of the alpha amino group between 
one alphaamino acid and another alpha keto acid
,forming a new alpha 
amino acid. 
amino acid 1 + keto acid 2 → amino acid 2 +keto acid 1 
ii. As an example, amino group is interchanged between alanine and 
glutamic acid (Fig. 14.8).In almost all cases, the amino group is accepted 
by alpha ketoglutaric acid so that glutamic acid is formed. 

 

 

The  first  step  in  the  catabolism  of  most  amino  acids  is  the    removal  of 
their α-amino group to α-ketoglutarate (Figure 19.7). The products are an 
α-keto  acid  (derived  from  the  original  amino  acid)  and  glutamate.  a-
Ketoglutarate plays a unique role in amino acid metabolism by accepting 
the  amino  groups  from  other  amino  acids,  thus  becoming  glutamate. 
Glutamate  produced  by  transamination  can  be  actively  deaminated,  or 
used  as  an  amino  group  donor  in  the  synthesis  of  nonessential  amino 
acids. 

The  transfer  of  amino  groups  from  one  carbon  skeleton  to  another  is 
catalyzed  by  a  family  of  enzymes  called  aminotransferases  (formerly 
called  transaminases).  These  enzymes  are  found  in  the  cytosol  of  cells 
throughout  the  -body—especially    those  of  the  liver,  kidney,  intestine, 
and muscle. All amino acids, with the exception of lysine and threonine, 
participate  in  transamination  at  some  point  in  their  catabolism.  [Note: 
These two amino acids lose their α-amino groups by deamination . 

 


background image

Clinical biochemistry  second stage   lecture 2                                Dr.Thana Alsewedy 

                                     

 

 

 

3

 

 
 

Substrate specificity of aminotransferases: 

Each aminotransferase is 

specific for one or, at most, a few amino group donors. 
Aminotransferases are named after the specific amino group donor, 
because the acceptor of the amino group is almost always α-ketoglutarate. 
The two most important aminotransferase reactions are catalyzed by 

 

alanine aminotransferase 

and aspartate aminotransferase 

The enzymes catalysing the reaction as a group are known as amino 
transferases
.These enzymes have pyridoxal phosphate as prosthetic 
group (Fig. 14.8). The reaction is readily reversible 

 

 

Fig. 14.8. Transamination reaction. In this example,enzyme is Alanine 
aminotransferase (ALT) andpyridoxal phosphate is the coenzyme. The reaction 
is readily reversible

 


background image

Clinical biochemistry  second stage   lecture 2                                Dr.Thana Alsewedy 

                                     

 

 

 

4

 

 

 
Mechanism  of  action  of  aminotransferases:  All  aminotransferases 
require the coenzyme pyridoxal phosphate (a derivative) of vitamin B6, 
which  is  covalently  linked  to  the  e-amino  group  of  a  specific  lysine 
residue  at  the  active  site  of  the  enzyme.  Aminotransferases  act  by 
transferring the amino group of an amino acid to the pyridoxal part of the 
coenzyme  to  generateate  pyridoxamine  phosphate.  The  pyridoxamine 
form of coenzyme then reacts with an α-keto acid to form an amino acid 
at  the  same  time  regenerating  the  original  aldehyde  form  of  the  
coenzyme. Figure shows these two component the reaction catalyzed by 
aspartate aminotransferase 

 
 
 


background image

Clinical biochemistry  second stage   lecture 2                                Dr.Thana Alsewedy 

                                     

 

 

 

5

 

 
 
Transminase of Clinical Importance 
 
Alanine transaminase (ALT) and Aspartate transaminase (AST) are the two 
most important transaminases of clinical importance.

 

Function: 

                1- Degradation of a.as to form α- keto acids. 
                2- Synthesis of non essential a.as from CHO.                     
Diagnostic value: 
       
Transaminases  are  normally  intracellular  enzymes.  These  enzymes  are 
abundant in heart and liver they are released as part of cell injury that occurs 
in  Myocardial  infraction  (MI),infections  hepatitis  and  damage  to  either 
organ  They  are  elevated  in  the  blood  when  damage  to  the  cells  producing 
these  enzymes  occurs.            Increase  level  of  both  ALT  &  AST 
indicatespossible damage to the liver cells. 
      Increase  level  of  AST  alone  suggest  damage  to  heart  muscle  ,skeletal 
muscle or kidney. 
.  Assays  of  these  enzyme  activities  in  blood  serum  can  be  used  both  in 
diagnosis and monitoring the progress of a patient during treatment. 
 
 
 


background image

Clinical biochemistry  second stage   lecture 2                                Dr.Thana Alsewedy 

                                     

 

 

 

6

 
B.Glutamate dehydrogenase ; Oxidative deamination of amino acid  
incontrast  to  transamination  reactions  that  transfer  amino  groups  the 
oxidative  deamination  by  Glutamate dehydrogenase results  in  the 
liberation  of  the  amino  group  as  free  ammonia  These  reactions  occur 
primarily in the liver and kidney. They provide α-ketoacids that can enter 
the  central  pathway  of  energy  metabolism  ,and  ammonia,  which  is  a 
source of nitrogen in urea synthesis

.

 

Oxidative Deamination of Glutamate(

Glutamate dehydrogenase

Glutamate  dehydrogenase:  As  described  above,  the  amino  groups  of 
most  amino  acids  are  ultimately  funneled  to  glutamate  by  means  of 
transamination with α-ketoglutarate. Glutamate is unique in that it is the 
only  amino  acid  that  undergoes  rapid  oxidative  deamination  reaction 
catalyzed  by  glutamate dehydrogenase (Figure  19.10).  Therefore,  the 
sequential  action  of  transamination  (resulting  in  the  collection  of  amino 
groups from other amino acids onto α-ketoglutarate to produce glutamate 
and the subsequent oxidative deamination  of that glutamate (regenerating 
α-ketoglutarate)  provide  a  pathway  whereby  the  amino  groups  of  most 
amino acids can be released as ammonia. 

Coenzymes  for  Glutamate dehydrogenase is  unusual  in  can  use  either 
NAD+ or NADP+ as a coenzyme. NAD+ is used primarily  in oxidative 
deamination  (the  simultaneous  loss  of  ammonia  coupled  with  the 
oxidation  of  the  carbon  skeleton  and  NADPH  is  used  in  reductive 
amination (the simultaneous gain of ammonia coupled with the reduction 
of the carbon skeleton 

 

 

  


background image

Clinical biochemistry  second stage   lecture 2                                Dr.Thana Alsewedy 

                                     

 

 

 

7

The direction of the reaction 

 

Glutamate dehydrogenase

 

of

 

Regulation
depends on:

 

  1- Availability of the substrates:

 

      --Relative conc. Of (α-ketoglutarate &NH3) and (glutamate).

 

      --Ratio of NADP : NADPH+H

 

   2- Allosteric regulation:

 

      --Activators : ADP or GDP.

 

      -- Inhibitors : ATP ,GTP & NADH      

 
  

Transport of ammonia to the liver 

All tissues produce some ammonia from a variety of compounds. The level 
of ammonia in blood must be kept very low, because even slightly elevated 
concentrations (hyperammonemia) are toxic to the central nervous system  

Two  mechanisms  are  available  in  humans  for  the  transport  of  ammonia 
from the peripheral tissues to the liver for its ultimate conversion to urea. 
The  first,  found  in  most  tissues,  uses  glutamine  synthetase  to  combine 
ammonia  with  glutamate  to  form  non  toxic  transport  form  of  ammonia 
(Figure 19.13). The glutamine is ported in the blood to the liver where is 
cleaved by glutaminase to produce glutamate and free ammonia  

Second transport mechanism involves the glucose-alanine “cycle.” 
Amino acids derived from skeletal muscle protein breakdown are 
converted to Alanine, which is transported to liver where it is deaminated 
to form pyruvate. Waste NH3 groups enter the urea cycle, while pyruvate 
is used for gluconeogenesis( synthesize glucose) which can enter the 
blood and be used by muscle a pathway called the glucose-alanine cycle. 

  

Glucose-Alanine Cycle 

i. Alanine is transported to liver, transaminated to 

pyruvate and converted to glucose. This glucose may again enter 
the glycolytic pathway to form pyruvate, which in turn,can be 
transaminated to alanine. 
ii. Glucose-alanine cycle is important in conditions of starvation (Fig. 
9.30). Thus net transfer of amino acid (nitrogen) from muscle to liver and 
corresponding transfer of glucose (energy) from liver to muscle is 
effected. 
 
 


background image

Clinical biochemistry  second stage   lecture 2                                Dr.Thana Alsewedy 

                                     

 

 

 

8

  

  

In Fasting State 

The  muscle  releases  mainly  alanine  and  glutamine  of  which  alanine  is 
taken up by liver 
and glutamine by kidneys Liver removes the amino 
group  and  converts  it  to  urea  and  the  carbonskeleton  is  used  for 
gluconeogenesis.  The  brain  predominantly  takes  up  branched  chain 
amino acids. 

In the Fed State 

Amino  acids  absorbed  from  the  diet  are  taken  up  by  different  tissues. 
Both muscle and brain take up branched chain amino acids, and release 
glutamine  and  alanine.  The  glutamine  is  delivered  to  kidneys  to  aid  in 

regulation of acid–base balance while alanine is taken up by liver.         

  

 

 




رفعت المحاضرة من قبل: Ahmed monther Aljial
المشاهدات: لقد قام 6 أعضاء و 197 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل