background image

Clinical biochemistry  second stage   lecture 4                                Dr.Thana Alsewedy

 

 

1

 

Amino Acid Metabolism (Degradation and Synthesis) 

The fates of the carbon skeletons of amino acids after the removal of 
the α-amino group
.  
The  strategy  of  amino  acid  degradation  is  to  transform  the  carbon 
skeletons  into  major  metabolic  intermediates  that  can  be  converted  into 
glucose  or  oxidized  by  the  citric  acid  cycle. The  conversion  pathways 
range from extremely simple to quite complex. The carbon skeletons of 
the  diverse  set  of  20  fundamental  amino  acids  are  funneled  into  only 
seven  molecules  and  these    intermediate  produced  from  the  metabolism 
of aminoacid are;   
acetyl  CoA,  pyruvate,  oxaloacetate,  α-ketoglutarate  ,succinyl  CoA,  , 
Fumarate
 and acetoacetyl CoA.  

                                                                                            

 

 

             

Figure 1. overview of metabolic  pathways of amino acid  

 

 
GLUCOGENIC AND KETOGENIC AMINO ACIDS  

Amino  acids  are  grouped  into  two  classes,  based  on  whether  or  not  their 
carbon skeletons can be converted to glucose:

 


background image

Clinical biochemistry  second stage   lecture 4                                Dr.Thana Alsewedy

 

 

2

A. Glucogenic amino acids  

Amino  acids  whose  catabolism  yields  pyruvate  or  one  of  the 
intermediates  of  the  citric  acid  cycle  are  termed  glucogenic  or 
glycogenic.  These  intermediates  are  substrates  for  gluconeogenesis 
and,  therefore,  can  give  rise  to  the  net  formation  of  glucose  or 
glycogen in the liver and glycogen in the muscle. 

B. Ketogenic amino acids  
Amino  acids  whose  yields  either  acetoacetate  or  its  precursor,  (acetyl 
CoA  
or  acetoacetyl  CoA)  are  termed  ketogenic.  (Acetoacetate  ,  3-
hydroxybutyrate  and  acetone  all  are    are  called  ketone  body.)  Leucine 
and  lysine  
are  the  only  exclusively  ketogenic  amino  acids  found  in 
proteins.  Their  carbon  skeletons  are  not  substrates  for  gluconeogenesis 
and,  therefore,  cannot  give  rise  to  the  net  formation  of  glucose  or 
glycogen 

in 

the 

liver, 

or 

glycogen 

in 

the 

muscle.                          

             

 

 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

    Figure 2.CATABOLISM OF THE CARBON SKELETONS OF AMINO ACIDS

 

  

 

The pathways by which amino acids are catabolized are conveniently 
organized according to which one (or more) of the seven intermediates 
listed above is produced from a particular amino acid.

 
 
 
 


background image

Clinical biochemistry  second stage   lecture 4                                Dr.Thana Alsewedy

 

 

3

A. Amino acids that form oxaloacetate  
1.Asparagine is hydrolyzed by asparaginase, liberating ammonia and 
aspartate

 

 
2.Aspartate loses its amino group by transamination to form oxaloacetate 
(see Figure 3).

 

 

 

Figure 3.

 Amino acids that form oxaloacetate

 

B. Amino acids that form α-ketoglutarate

 

1 .Glutamine is converted to glutamate and ammonia by the enzyme  
Glutaminese Glutamate is converted to α-keto- glutarate by 
transamination, or through oxidative deamination by glutamate 
dehydrogenase

 

2. Proline is oxidized to glutamate 

 

3.Arginine is cleaved by arginase to produce ornithine. [Note: This 
reaction occurs primarily in the liver as part of the urea cycle  
Ornithine is subsequently converted to α-ketoglutarate 
 4. Histidine is oxidatively deaminated by histidase                               

 


background image

Clinical biochemistry  second stage   lecture 4                                Dr.Thana Alsewedy

 

 

4

  

  

Amino acids that form α-ketoglutarate

 

   

Figure 4.

 

 

 

Figure 5. Histidine metabolism 

  

C. Amino acids that form pyruvate

  

1. Alanine loses its amino group by transamination to form pyruvate

 
 

 

Figure 6. transamination Alanine to form pyruvate

  

2. Serine  can be converted to glycine 

which requiring for (tetra hydro 

folic acid

.Serine can also be converted to pyruvate by serine dehydratase

  

 
 


background image

Clinical biochemistry  second stage   lecture 4                                Dr.Thana Alsewedy

 

 

5

  

  

4. Cystine

 

 undergoes desulfuration to yield pyruvate.

  
 

5. Threonine converted to pyruvate or to α-ketobutyrate, which forms 
succinyl CoA.

 

6.Tryptophan converted to pyruvate 

 
 

 

 

 

      Figure7 .Amino acids that form pyruvate 

 

  

D. Amino acids that form fumarate

 

 1. Phenylalanine and tyrosine: Hydroxylation of phenylalanine leads to 
the formation of tyrosine (Figure 20.7). This reaction, catalyzed by 

  

phenylalanine hydroxylase  is the first reaction in the catabolism of 
phenylalanine. Thus, the metabolism of phenylalanine and tyrosine 


background image

Clinical biochemistry  second stage   lecture 4                                Dr.Thana Alsewedy

 

 

6

merge, leading ultimately to the formation of fumarate and acetoacetate. 
Phenylalanine and tyrosine are, therefore, both glucogenic and ketogenic.

  

 

 

  

  

  

 
E. Amino acids that form succinyl CoA: 
Succinyl CoA is a point of entry for some of the carbon atoms of methio-
nine, isoleucine, and valine. Propionyl CoA and then methylmalonyl CoA 
are  intermediates  in  the  breakdown  of  these  three  nonpolar  amino  acids 
The  mechanism  for  the  interconversion  of  propionyl  CoA  and 
methylmalonyl CoA. This pathway from propionyl CoA to succinyl CoA 
is  also  used  in  the  oxidation  of  fatty  acids  that  have  an  odd  number  of 
carbon atoms and this reaction required vitamin B 12 . 

 

 

 

 

 
Figure 8. Amino acids that form succinyl CoA 
Methionine metabolism 
Methionine

 is sulfur containing, essential, glucogenic 

amino acid Degradation of methionine results in the synthesis of cysteine. 
Methionine  is one of  amino acids that form succinyl CoA. 
Metabolism of sulfur containing amino acids may be studied under the 
following major headings: 
A. Activation of methionine and transmethylation 
B. Conversion of methionine to cysteine 
C. Degradation of cysteine
 
1. Activation of methionine to SAM: In the major pathway, methionine 
is activated to‘active methionine' or S-adenosyl methionine(SAM). The 


background image

Clinical biochemistry  second stage   lecture 4                                Dr.Thana Alsewedy

 

 

7

adenosyl group is transferred to the sulfur atom. (Step 1, Fig. 15.14). This 
is done by the enzyme, methionine adenosyl transferase (MAT). The 
SAM is the main source of methyl groups in the body
2. Methyl transfer. In methionine, the thio-ether linkage (C–S–C) is very 
stable. In SAM, due to the presence of a high energy bond, the methyl 
group is labile, and may be transferred easily to other acceptors (Step 2, 
Fig. 15.14; and Table15.1).  
3. Homocysteine. After donation of the methyl  group from SAM, S-
adenosyl homocysteine is formed

 and 

The resulting 

adenosylhomocysteine is hydrolyzed to 

homocysteine

 From the S-

adenosyl homocysteine(SAH), the adenosyl group is removed to form 
homocysteine, which is the higher homologue of cysteine (Step 3, Fig. 
15.14). 
4. Methionine synthesis. Homocysteine can be converted to methionine 
by addition of a methyl group. This methyl group is donated from one 
carbon pool( tetrahydrofolate) with the help of vitamin B12 (and this 
called

 Activated Methyl Cycle

.of methionine

 Step4, Fig15.14.. 

 

 

 
 
                                      
 
 


background image

Clinical biochemistry  second stage   lecture 4                                Dr.Thana Alsewedy

 

 

8

               

Activated Methyl Cycle

.of methionine The methyl group of methionine is activated by 

the formation of S-adenosylmethionine 

 

         
F. Other amino acids that form succinyl CoA 
 

Degradation  of  valine,  isoleucine,  and  threonine  also  results  in  the 
production  of  succinyl  TCA  cycle  intermediate  and  glucogenic 
compound. 

1.  Valine and isoleucine are branched-chain amino acids that yield 

succinyl CoA (Figure 20.10). 

2.  Threonine is dehydrated to α-ketobutyrate, which is converted to 

propionyl CoA, the precursor of succinyl CoA [Note:Threonine can 
also be converted to pyruvate.] 

 

G. Amino acids that form acetyl CoA or acetoacetyl CoA  

Leucine,  isoleucine,  lysine,  and  tryptophan  form  acetyl  CoA  or 
acetoacetyl CoA directly, without pyruvate serving as ketogenic 

As mentioned previously, phenylalanine and tyrosine also give rise to 
acetoacetate during their catabolism. Therefore,there are a total of six 
ketogenic amino acids.

  

 
 
The branched-chain amino acids, isoleucine, leucine, and valine 
1. Leucine is exclusively ketogenic in its catabolism, forming acetylCoA 
and acetoacetate

 

2.Lysine, an exclusively ketogenic amino acid 
3.Isoleucine is both ketogenic and glucogenic  
WHEN THE BRANCHED CHAIN AMINO ACIDS VALINE, 
ISOLEUCINE, AND LEUCINE ARE DEGRADED IN EXTRA-
HEPATIC TISSUES THEY SHARE TWO COMMON ENZYMES: 
branched-chain aminotransferase 
branched-chain a-ketoacid dehydrogenase complex
 


background image

Clinical biochemistry  second stage   lecture 4                                Dr.Thana Alsewedy

 

 

9

While much of the catabolism of amino acids takes place in the  
liver, the branched chain amino acids are oxidized as primary fuels in 
muscle, adipose, kidney, and brain tissues. 
 
  

 

  
  
 




رفعت المحاضرة من قبل: Ahmed monther Aljial
المشاهدات: لقد قام 8 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