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Biochemie und Pathobiochemie: Valin-, Leucin- und Isoleucin-Stoffwechsel

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Allgemeines

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Die essentiellen, proteinogenen Aminosäuren Leucin, Valin und Isoleucin besitzen eine aliphatische, verzweigte, lipophile Seitenkette.

Abbau der verzweigtkettigen Aminosäuren

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⇓ Subst. (⇑) ⇓ Subst. (⇑) ⇓ Subst. (⇑) Co. Enzym EC/EG Erkr.
L-Leucin
L-Valin
L-Isoleucin
α-KG

Glu

α-KG

Glu

α-KG

Glu

Pyrid- oxal- Phos. Verzweigtkettige- Aminosäuren- Transaminase 2.6.1.42 Tr
4-Methyl-2-ketopentanoat
3-Methyl-2-ketobutanoat
3-Methyl-2-ketopentanoat
CoA-SH, NAD+

CO2, NADH/H+

CoA-SH, NAD+

CO2, NADH/H+

CoA-SH, NAD+

CO2, NADH/H+

Thiamin- P2 Verzweigtkettige- α-Ketosäuren- Dehydrogenase- Komplex 1.2.4.4 Ox MSUD I
2.3.1.168 Tr MSUD II
FAD 1.8.1.4 Ox MSUD III
3-Methyl-butanoyl-CoA (Isovaleryl-CoA)
2-Methyl-propionyl-CoA
2-Methyl-butanoyl-CoA
A

AH2

1.(3.)
(3.)
A

AH2

A

AH2

2.(3.)
(3.)
A

AH2

A

AH2

2.(3.)
(3.)
A

AH2

FAD 1) Isovaleryl-CoA- Dehydrogenase

2) Butyryl-CoA- Dehydrogenase

3) Acyl-CoA- Dehydrogenase

1.3.8.4 Ox


1.3.8.1, 1.3.99.12 Ox


1.3.8.7 Ox

1) Isovalerianacidämie


2) SCAD- Def.


3) MCAD- Def.

3-Methylbut-2-enoyl-CoA
2-Methylprop-2-enoyl-CoA
2-Methylbut-2-enoyl-CoA
ATP, HCO3-

ADP, Pi

Biotin Methyl-crotonoyl- CoA-Carboxylase 6.4.1.4 Lig MCC1-Def., MCC2-Def.
3-Methyl-glutaconyl-CoA
H2O


1.


H2O


H2O


2.



H2O


2.



1) Methyl- glutaconyl-CoA- Hydratase

2) Enoyl-CoA- Hydratase

4.2.1.18 Ly


4.2.1.17 Ly

1) MGA1



3-Hydroxy-3-methylglutaryl-CoA
(S)-3-Hydroxy-isobutyryl-CoA
(S)-3-Hydroxy-2-methylbutyryl-CoA
H2O

CoA-SH

3-Hydroxy- isobutyryl-CoA- Hydrolase 3.1.2.4 Hyd
(S)-3-Hydroxy-isobutyrat
NAD+

NADH/H+

1.,2.


NAD+

NADH/H+

2.,3.


NAD+

NADH/H+

1) 3-Hydroxy- isobutyrat- Dehydrogenase

2) 3-Hydroxy- acyl-CoA- Dehydrogenase

3) 3-Hydroxy- 2-Methylbutyryl- CoA- Dehydrogenase

1.1.1.31 Ox


1.1.1.35 Ox


1.1.1.178 Ox


2) HADH-Def.


(S)-Methylmalonat- semialdehyd
2-Methyl-acetoacetyl-CoA
CoA-SH, NAD+

CO2, NADH/H+

1.


CoA-SH


2., 3.


1) Methyl- malonat- semialdehyd- Dehydrogenase

2) Acetyl-CoA-C-Acetyltransferase

3) Acetyl-CoA- C-acyltransferase

1.2.1.27 Ox


2.3.1.9 Tr


2.3.1.16 Tr

1) MMSDHD


2) α-Methylaceto- acetacidurie



Propionyl-CoA
Acetyl-CoA + Propionyl-CoA

Der Abbau der drei essentiellen verzweigtkettigen Aminosäuren ist sehr ähnlich, zu Anfang steht bei allen eine Transaminierung gefolgt von einer Dehydrierenden Decarboxylierung. Danach folgt die Dehydrierung der zweiten C-C-Bindung.

Der weitere Abbau gestaltet sich wie folgt:

1) L-Leucin-Abbauweg: Methylcrotonoyl-CoA (3-Methylbut-2-enoyl-CoA) wird unter ATP-Verbrauch carboxyliert und dann hydratisiert. Das Endprodukt β-Hydroxy-β-methylglutaryl-CoA (HMG-CoA) kann in die Ketonkörperbiosynthese (und darüber zu Acetyl-CoA abgebaut) oder in die Cholesterinbiosynthese eingeschleust werden.

2) L-Valin-Abbauweg: Methylpropenoyl-CoA wird hydratisiert, CoA-SH wird abgespalten, dann wird es zu Methylmalonatsemialdehyd dehydriert (= oxidiert). Dieses kann über Propionyl-CoA zu Succinyl-CoA abgebaut und in den Citratzyklus eingeschleust werden.

3) L-Isoleucin-Abbauweg: Methylbutenoyl-CoA wird hydratisiert, dehydriert und unter Verwendung eines Coenzym A in Acetyl-CoA und Propionyl-CoA gespalten.

Literatur

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Allgemeine Hintergrundfarbe für Substrate Hintergrundfarbe Reaktionspfeile „Schlüsselenzyme“
Energiereiche Phosphate Reduktionsäquivalente CO2 / HCO3− C1-Reste Stickstoff

Abk.: Tr.: Transkriptionelle Regulation, Tl.: Regulation der Translation, Lok.: Regulation über die Enzymlokalisation, Kov.: Regulation durch kovalente Modifikation, All.: Allosterische Regulation, Koop.: Kooperativer Effekt, Co.: Cofaktoren, EC: Enzymklassifikation, EG: Enzymgruppe (Oxidoreductase, Transferase, Hydrolase, Lyase, Isomerase, Ligase), Erkr.: Assoziierte Erkrankungen.



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