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Biochemie und Pathobiochemie: Methionin-Stoffwechsel

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Allgemeines

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L-Methionin ist eine essentielle, schwefelhaltige proteinogene Aminosäure. Das Methionin-Derivat S-Adenosylmethionin dient an vielen Stellen des Stoffwechsels als Methylgruppen-Lieferant. Weiterhin ist die Bildung der Aminosäure Cystein aus Serin mit dem Methionin-Abbau verknüpft. Die Rückgewinnung von Methionin aus Homocystein benötigt Cobalamin und Folsäure (5-Methyl-THF), dabei wird 5-Methyl-THF, die Transportform der Folsäure im Blut, in die biologisch vielseitiger einsetzbare Tetrahydrofolsäure (THF) überführt.

== Abbau von Homocystein 

==
⇓ Subst. ( ⇑ ) Co. Enzym EC EG Erkr.
L-Methionin
ATP

3 Pi

Methionin- Adenosyltransferase 2.5.1.6 Tr Hypermeth- ioninämie
S-Adenosylmethionin (SAM)
Akzeptor

Akzeptor-CH3

Akzeptor

Akzeptor-CH3

Bsp.:

DNA(Cytosin-5-)- Methyltransferase

2.1.1.37 Tr ICF-S.
S-Adenosylhomocystein (SAH)
H2O

Adenosin

H2O

Adenosin

NAD Adenosylhomocysteinase 3.3.1.1 Hyd Hypermeth- ioninämie
L-Homocystein
L-Serin L-Serin

H2O

Pyridoxal- phosphat Cystathionin-β-Synthase 4.2.1.22 Ly Homo- cystinurie I
Cystathionin
L-Cystein H2O

NH3, L-Cystein

Pyridoxal- phosphat Cystathionin-γ-Lyase 4.4.1.1 Ly Cystathio- ninurie
α-Ketobutyrat
CoA-SH, ?

CO2, ?

NAD α-Ketosäure-Decarboxylase ? ?
Propionyl-CoA

Biologische Rolle

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Das schwefelhaltige L-Methionin ist eine für den Menschen und viele Tiere essentielle Aminosäure. Der Abbauweg von Methionin hat mehrere Bedeutungen:

  • Produktion des Methylgruppen-Donors S-Adenosylmethionin (SAM).
  • Bildung der proteinogenen schwefelhaltigen Aminosäure L-Cystein aus L-Serin (L-Cystein ist für Säuglinge eine essentielle Aminosäure, da bei ihnen die entsprechende Enzymausstattung noch nicht ausgereift ist.)
  • Abbau des Restes zu Propionyl-CoA.

Funktion von S-Adenosylmethionin als Methylgruppen-Donor

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Rückgewinnung von Methionin aus Homocystein

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(⇓) Subst. ⇑ Co. Enzym EC EG Erkr.
L-Methionin
THF

N5-Methyl-THF

Methylcobalamin, Zn Methionin-Synthase 2.1.1.13 Tr Methylcobalamin-Def., Typ cblG
ferner:


Dimethylglycin

Betain

Zn ferner:

Betain--Homocystein- S-Methyltransferase

2.1.1.5 Tr
L-Homocystein

Da u.U. mehr Methyl-Gruppen bzw. S-Adenosylmethionin benötigt wird, als Methionin abgebaut wird, kann Methionin durch Methylierung von Homocystein regeneriert werden. Die Methylgruppe stammt dabei entweder aus dem Folsäure-Stoffwechsel (also meist aus dem Serin- und Glycin-Abbau) oder aus dem Cholin-Abbau (Betain). Die mit Folat arbeitende Methionin-Synthase benötigt Cobalamin (Vitamin B12) als Cofaktor. Die 2. Funktion dieses Stoffwechselschritts besteht darin, die Transportform der Folsäure 5-Methyl-THF in die biologisch aktivere Tetrahydrofolsäure (THF) umzuwandeln.

Die Methionin-Synthase ist auf reduziertes (Methyl-)Cob(I)alamin als Kofaktor angewiesen. Dieses wird im Laufe der Zeit jedoch zu Cob(II)alamin oxidiert und damit die Enzymaktivität herabgesetzt. Reaktiviert wird das Enzym bzw. der Kofaktor durch eine reduktive Methylierung an der Methionin-Synthase-Reduktase mit S-Adenosylmethionin (SAM) als Methylgruppen-Donor.

Bildung von 5'-Methylthioadenosin

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Im Rahmen der Polyaminbiosynthese wird S-Adenosylmethioninamin benötigt, um die basischen Polyamine Spermidin und Spermin mit Aminopropyl-Resten zu verlängern. Es entsteht 5'-Methylthioadenosin, das im Folgenden wieder zu Methionin recycliert werden kann.

⇓ Subst. ( ⇑ ) Co. Enzym EC EG Erkr.
S-Adenosylmethionin


CO2

Pyruvat Adenosylmethionin- Decarboxylase 4.1.1.50 Ly
S-Adenosyl- methioninamin
Putrescin/Spermidin

Spermidin/Spermin

Spermidin-Synthase 2.5.1.16 Tr
Spermin-Synthase 2.5.1.22 Tr Snyder-Robinson-S.
5'-Methylthioadenosin

(S-Methyl- 5'-thioadenosin)

Methionin-Salvage

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Der Salvage-(Rückgewinnungs-)Weg für Methionin verhindert, dass Schwefel energieaufwändig neu assimiliert werden muss. Die auf die Polyamine übertragene Aminopropylgruppe wird in sechs Reaktionsschritten wieder aus dem Ribosering hergestellt.

⇓ Subst. ( ⇑ ) Co. Enzym EC EG Erkr.
5'-Methylthioadenosin

(S-Methyl- 5'-thioadenosin)

Pi

Adenin

S-Methyl-5-thioadenosin- Phosphorylase 2.4.2.28 Tr
S-Methyl-5-thio-D-ribose-1-phosphat
5′-Methylthioribose-1-phosphat-Isomerase 5.3.1.23 Iso
Methylthioribulosephosphat S-Methyl-5-thio-D-ribulose-1-phosphat

H2O

5′-Methylthioribulose-1-phosphat-Dehydratase 4.2.1.109 Ly
Methiodioxopentanphosphat 2,3-Diketo-5′-methylthiopentan-1-phosphat
H2O

Pi, 2H+

Enolase-Phosphatase E1 3.1.3.77 Hy
Acireducton Acireducton
O2

Formiat

Acireducton-Dioxygenase 1.13.11.54 Ox
MOB 4-Methylthio-2-ketobutanoat
R-CH(NH3+)-COO−

R-CO-COO−

(Transaminase) 2.6.1.- Tr
Met L-Methionin
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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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