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Biochemie und Pathobiochemie: Phenylalanin-Stoffwechsel

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Allgemeines[Bearbeiten]

Phenylalanin ist eine essentielle proteinogene, aromatische, hydrophobe Aminosäure. Sie kann zur Proteinbiosynthese und zur Biosynthese von Tyrosin verwendet werden.

Biosynthese von Tyrosin aus Phenylalanin[Bearbeiten]

Kov. All. Koop. Subst. ( ⇑ ) Co. Enzym EC EG Erkr.
L-Phenylalanin
+ Phosph. - Trp, Tyr

+ Lysolecithin, Phospholipide

+ Phe Tetrahydrobiopterin, O2

4a-Hydroxytetrahydrobiopterin

Fe
Phenylalanin- Hydroxylase
1.14.16.1 Ox Phenyl- ketonurie (PKU)
L-Tyrosin

Die Phenylalanin-Hydroxylase katalysiert die Hydroxylierung der essentiellen proteinogenen Aminosäure L-Phenylalanin zu L-Tyrosin unter Beteiligung von Tetrahydrobiopterin (BH4).

Pathobiochemie: Aus einem angeborenen Defekt der Phenylalaninhydroxylase resultiert das Krankheitsbild der klassischen Phenylketonurie. Die vermehrt gebildeten z.T. toxischen Alternativ-Metaboliten führen nach der Geburt unbehandelt zu einer schweren Beeinträchtigung der Gehirnentwicklung. Die verminderte Tyrosin-Bildung kann bei fehlender Zufuhr über die Nahrung zu einem Mangel an Schilddrüsenhormon, Melanin und Katecholaminen führen. Tyrosin wird hier zur essentiellen Aminosäure. Die Behandlung der PKU ist diätetisch. Das Diätregime wird im Erwachsenenalter bzw. nach Abschluß der Hirnentwicklung oft etwas weniger eng gehandhabt, allerdings folgt aus einer ungeplanten Schwangerschaft der PKU-betroffenen Frau bei nicht eingehaltener Diät die Schädigung des ungeborenen Kindes. Weitaus seltenere Störungen der Reaktion an der Phenylalanin-Hydroxylase (und an anderen Hydroxylasen, die aromatische Aminosäurenseitenketten hydroxylieren) können durch einen Mangel des Cofaktors Tetrahydrobiopterin bedingt sein, durch Defekte im Biopterin-Stoffwechsel (siehe BH4-defiziente Phenylketonurie).

Alternative Abbauwege des Phenylalanins[Bearbeiten]

Abbau zu Phenylenolpyruvat bzw. 2-Hydroxyphenylacetat[Bearbeiten]

Subst. ( ⇑ ) Co. Enzym EC EG Erkr.
L-Phenylalanin
α-Ketoglutarat

L-Glutamat

α-Ketoglutarat

L-Glutamat

Pyridoxal- phosphat Aspartat-Transaminase (ASAT, GOT) 2.6.1.1 Tr
Tyrosin-Transaminase 2.6.1.5 Tyrosinämie II (Richner-Hanhart-S.)

Phenylenolpyruvat

Phenylketopyruvat

Phenylpyruvat-Tautomerase 5.3.2.1 Iso
O2

CO2

Fe 4-Hydroxyphenylpyruvat- Dioxygenase 1.13.11.27 Ox Tyrosinämie III, Hawkinsinurie
2-Hydroxyphenylacetat

Phenylalanin verliert seine Aminogruppe durch pyridoxalabhängige Transaminierung und wird anschließend zu 2-Hydroxyphenylacetat decarboxyliert.

Dieser Abbauweg entspricht den ersten zwei Schritten des Tyrosinabbaus.

Abbau zu 2-Phenylacetat[Bearbeiten]

Subst. ( ⇑ ) Co. Enzym EC EG Erkr.
L-Phenylalanin


CO2

Pyridoxal- phosphat DOPA-Decarboxylase 4.1.1.28 Ly AADC-Defizienz
Phenylethylamin
H2O, O2

NH3, H2O2

FAD Monoamino-Oxidase (MAO) 1.4.3.4 Ox MAO A: Brunner-Syndrom, Antisozialität
Cu, TPQ Diamino-Oxidase (DAO) 1.4.3.6
Phenylacetaldehyd
H2O, NAD(P)+

NAD(P)H/H+

H2O, NAD(P)+

NAD(P)H/H+

Aldehyd-Dehydrogenase (ALDH) (NAD(P)+) 1.2.1.5 Ox
2-Phenylacetat

Phenylalanin wird bei dieser Variante zuerst decarboxyliert und dann oxidativ desaminiert. Danach erfolgt die Oxidation zu 2-Phenylacetat.

Dieser Abbauweg entspricht dem alternativen Abbau von Tyrosin zu 4-Hydroxyphenylacetat.

Abbau zu 2-Phenylacetamid[Bearbeiten]

Subst. ( ⇑ ) Co. Enzym EC EG Erkr.
L-Phenylalanin
H2O2

CO2, 2 H2O


Häm Lactoperoxidase 1.11.1.7 Ox
2-Phenylacetamid

Weblinks[Bearbeiten]



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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