Aminosäurebiosynthese

Die Aminosäurebiosynthese bezeichnet die enzymatische Bildung der proteinogenen Aminosäuren in Zellen. Sie erfolgt vor allem in Pflanzen, Pilzen und Mikroorganismen; bei vielen Tieren fehlen jedoch vollständige Biosynthesewege für essentielle Aminosäuren, weshalb diese über die Nahrung aufgenommen werden müssen.

Zentrale Mechanismen der Biosynthese sind die Bildung von Kohlenstoffgerüsten aus zentralen Metaboliten und die Übertragung von Aminogruppen, typischerweise durch Transaminasen. Dabei spielt Pyridoxal-5'-phosphat (PLP) als Cofaktor eine wichtige Rolle. Die Ammoniakassimilation erfolgt über zentrale Wege der Glutamat- und Glutamin-Metabolismus, unter anderem Glutamat-Dehydrogenase, Glutaminsynthetase und Glutamat-Oxalacetat-Transaminase.

Die Kohlenstoffgerüste stammen aus Glykolyse, Gluconeogenese, dem Citratzyklus und verwandten Wegen, ergänzt durch den Shikimatweg bei Pflanzen und Mikroorganismen. Wichtige Wegklassen umfassen: Serin, Glycin und Cystein aus 3-Phosphoglycerat; die Aspartat-Familie (Asparagin, Threonin, Methionin, Lysin) aus Oxalacetat; aromatische Aminosäuren über den Shikimatweg (Phenylalanin, Tyrosin, Tryptophan); verzweigtkettige Aminosäuren Valin, Leucin und Isoleucin aus Pyruvat; die Glutamat-Familie (Glu, Gln, Prolin, Arginin) über Alpha-Ketoglutarat; Histidin über den Histidin-Biosyntheseweg aus Ribose-5-phosphat.

Regulation erfolgt überwiegend durch allostatische Rückkopplung endproduktiver Enzyme sowie durch transkriptive Regulation. In vielen Organismen sind bestimmte Aminosäuren essentiell, d. h. sie müssen aufgenommen werden; andere können de novo synthetisiert werden. Die Biosynthese ist Gegenstand von Forschung und biotechnologischer Nutzung, etwa zur mikrobiellen Produktion von Aminosäuren.