Når alfa(α)-aminogruppen til en aminosyre fjernes blir det igjen en alfa(α)-ketosyre som blir videre oksidert til karbondioksid (CO2) og vann (H2O), som oftest via sitronsyresyklus. Aminogruppen fra nedbrytning av aminosyrer gir ammonium (NH4+) som kan gi ammoniumforgiftning. Aminosyrer og andre nitrogenforbindelser som ikke blir brukt til oppbygning av organismen må skille ut overskudd av nitrogen. Hos vannlevende dyr slippes ammonium ut i vannmassene, men hos landlevende dyr omsettes ammonium videre til urea i ureasyklus, som deretter skilles ut ved ekskresjon.
Ammoniumoksidasjon hos dyr
Aminosyrer fra fordøyd protein eller celleprotein blir i lever omsatt til alfaketosyrer, og hvor aminosyrene L-glutamat (saltet av glutaminsyre) og L-glutamin har en viktig funksjon i skytteltrafikktransport og frigivelse av ammonium (NH4+) som kan bli videre omsatt i ureasyklus. Hos eukaryoter er det L-formen ( L-isomeren) av aminosyrer som inngår i reaksjonene. Proteiner blir delt opp i mindre petider katalysert av proteaser til peptider som blir videre omsatt til frie aminosyrer katalysert av peptidaser. Proteaser og peptidaser spalter peptidbindinger ved spesifikke aminosyrer i aminosyrekjeden.
\(\text{protein}\;_{\;\implies}^{\text{protease}} \;\text{peptider}\;\; _{\;\;\implies} ^{\text{peptidase}}\text{aminosyrer}\; _{\implies}\; \alpha\text{-ketosyrer (karbonskjeletter)}+NH_4 ^+\)
Det er to hovedomsetningsveier for både alfa-ketosyrer og ammonium.
Omsetning av NH4+
1) I oppbygning (anabolisme) hvor NH4+ inngår biosyntese:
NH4+ → nye aminosyrer, nukleotider (puriner, pyrimidiner), aminer og andre nitrogenforbindelser med redusert nitrogen
2) I katabolisme må overskudd av ammonium fjernes og skilles ut fra organismen:
Først blir ammonium omdannet til karbamoylfosfat i mitokondriene i leverceller katalysert av enzymet karbamoylfosfat syntetase I:
NH4+ + HCO3- + 2ATP → karbamoylfosfat + 2 ADP + Pi
Deretter reagerer karbamoylfosfat med ikke-proteinaminosyren ornitin og danner aminosyren citrullin katalysert av ornithin transkarbamoylyase, første trinn i ureasyklus:
karbamoylfosfat + ornitin → citrullin.
Citrullin blir fraktet ut i cytosol og inngår der i de neste enzymatiske trinnene i ureasyklus hvor urea (H2N)2CO) er et produkt som kan skilles ut av kroppen ved ekskresjon .
Omsetning av α-ketosyrer
På samme måte som for ammonium er det to omsetningsveier for alfa-ketosyrer:
1) α-ketosyrer gir karbonskjeletter som kan brukes til oppbygning av andre molekyler, e.g. omdanning til oksalacetat som via glukoneogenese kan gi glukose.
2) Katabolsime av α-ketosyrer via sitronsyresyklus:
α-ketosyrer → ATP + CO2 + H2O
Aminotransferaser
Aminotransferaser bruker vitamin B6 (pyrodoksalfosfat) i transamineringsreaksjonen:
\(\text{aminosyre} + \alpha \text{-ketoglutarat}\; _{\;\;\;\;\;\iff}^{\text{aminotransferase}} \;\alpha \text{-ketosyre} + \text{glutamat}\)
L-aspartat omdannes til ketosyren oksaleddiksyre katalysert av aspartat aminotransferase /AST):
L-aspartat + α-ketoglutarat ⇔ oksaloacetat + L-glutamat
Aminosyren L-alanin gir ketosyren pyruvat katalysert av alanin aminotransferase (ALT):
L-alanin + α-ketoglutarat ⇔ pyruvat + L-glutamat
Aminogruppen blir via glutamat, aspartat eller alanin fraktet til lever. Alanin inngår i alaninglukosesyklus (Cahillsyklus) hvor alanin blir fraktet via blodet til lever hvor alanin blir deaminert og pyruvat sammen med laktat fra muskler via glukoneogenese blir omdannet til glukose som fraktes tilbake til musklene. I musklene omsette glukose i glykolysen til pyruvat. Pyruvat blir brukt i transaminering eller omdannet til laktat. Alanin-glukosesyklus har likhetstrekk med Cori-syklus (melkesyresyklus) hvor laktat i musklene fra anerob glykolyse omdannes til laktat (melkesyre) blir fraktet til lever, og der via glukoeneogenese danner glukose som går tilbake til musklene som energikilde.
Deaminaser
Deaminaser fjerner aminogruppen på aminosyrer i form av ammonium (NH4+). Deaminering er vesentlig lokalisert til lever, men kan også skje i nyrer. Nukleotider (adenin, guanin, metyl-cytosin, cytosin) kan også bli deaminert.
Enzymet glutamat dehydrogenase i mitkondriene i lever fortaser oksidativ deaminering av aminosyren L-glutamat:
L-glutamat + NAD(P)+ + H2O ⇔ α-ketoglutarat + NAD(P)H + NH4+
Aminosyren glutamat deltar i frakt av ammonium fra muskler og annet cellevev og frakter det via blodet til lever hvor ammonium blir omdannet til urea.
Glutamin syntetase katalyserer reaksjonen hvor glutamat omdannes til gamma-glutamylfosfat i en ATP-avhengig reaksjon:
L-glutamat + ATP → γ-glutamyl-fosfat + ADP
Glutamin syntetease katalyserer neste trinn:
γ-glutamyl-fosfat + NH4+ → L-glutamin
Glutamin blir fraktet med blodet til lver hvor glutaminase i levermitokondriene frigir ammonium som dertter blir avgiftet:
L-glutamin + H2O → glutamat + NH4+
På samme vis frakter alanin ammonium fra musklene til lever via glukose-alanin-syklus og alanin aminotransferase, glukoneogenese og glykolyse.