Biochemie und Pathobiochemie: Ketosäure-Dehydrogenase-Komplexe

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Allgemeines[Bearbeiten]

Bei der dehydrierenden Decarboxylierung von α-Ketosäuren in den Mitochondrien wird eine α-Ketosäure in mehreren Schritten unter NADH/H+-Gewinn decarboxyliert und der Säure-Rest auf Coenzym A übertragen. An den enzymatischen Reaktionen sind zahlreiche Cofaktoren beteiligt: Thiamin-Pyrophosphat (Vitamin B1), Coenzym A, FAD, NAD+ und proteingebundenes Lipoamid (Lipoyllysin).

Aufbau der Enzymkomplexe[Bearbeiten]

Die dehydrierende Decarboxylierung findet an verschiedenen Multienzymkomplexen statt, die aus je drei Untereinheiten, E1 bis E3, bestehen. E1 und E2 liegen in unterschiedlichen Isoformen vor, je nach Substrat, das umgesetzt werden soll.

Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex α-Ketoglutarat-Dehydrogenase-Komplex Verzweigtkettige-α-Ketosäuren-DH-Komplex (BCKDC)
UE Enzym EC Enzym EC Enzym EC
E1 Pyruvat-Dehydrogenase 1.2.4.1 α-Ketoglutarat-Dehydrogenase 1.2.4.2 Verzweigtkettige-α-Ketosäuren- Dehydrogenase 1.2.4.4
E2 Dihydrolipoamid-S- Acetyltransferase 2.3.1.12 Dihydrolipoamid-S- Succinyltransferase 2.3.1.61 Dihydrolipoyl-Verzweigtkettigen- Transacylase 2.3.1.168
E3 Dihydrolipoyl-Dehydrogenase 1.8.1.4 Dihydrolipoyl-Dehydrogenase 1.8.1.4 Dihydrolipoyl-Dehydrogenase 1.8.1.4

Der BCKDC weist zwei regulatorische Enzyme, eine Kinase und eine Phosphatase, auf, die die Enzymaktivität durch kovalente Modifikation regulieren.

Stoffwechselwege[Bearbeiten]

Einzelreaktionen[Bearbeiten]

E1: Thiamin-abhängige Decarboxylierung der α-Ketosäure und Übertragung auf den Lipoyl-Rest[Bearbeiten]

Subst. ( ⇑ ) Enzym EC EG Erkr.
Alpha-Ketocarbonsäure.svg α-Ketosäure
Thiamin kurz deprot.svg Thiamin-P2


R-Pfeil runter 1-1.svg Decarboxylierung alpha-Ketosäure Schritt 1.svg
Pyruvat-Dehydrogenase 1.2.4.1 Ox PDH-E1-alpha-Def., PDH-E1-beta-Def.
α-Ketoglutarat- Dehydrogenase 1.2.4.2 Ox αKGDH-Def.
Verzweigtkettige- α-Ketosäuren- Dehydrogenase 1.2.4.4 Ox MSUD I
Decarboxylierung alpha-Ketosäure Intermediat 1.svg Thiaminpyrophosphat- 2-(1-alkyl-1-carboxyl- 1-hydroxymethyl)


CO2

R-Pfeil runter 1-2.svg Decarboxylierung alpha-Ketosäure Schritt 2.svg
" " " "
Decarboxylierung alpha-Ketosäure Intermediat 2.svg Thiaminpyrophosphat- 2-(1-alkyl-1-hydroxymethenyl)
Lipoylgruppe oxidiert.svg Lipoamid-E (oxidiert)
R-Pfeil runter 1-1.svg Decarboxylierung alpha-Ketosäure Schritt 3.svg
" " " "
Decarboxylierung alpha-Ketosäure Intermediat 3.svg Thiaminpyrophosphat- 2-(1-alkyl-1-hydroxy- 1-lipoylmethyl)
Thiamin kurz deprot.svg


Thiamin-P2

R-Pfeil runter 1-2.svg Decarboxylierung alpha-Ketosäure Schritt 4.svg
" " " "
Decarboxylierung alpha-Ketosäure Intermediat 4.svg S-Acyl-Dihydro- lipoamid-E

E2: Übertragung des Acyl-Restes auf Coenzym A[Bearbeiten]

Subst. ( ⇑ ) Enzym EC EG Erkr.
Decarboxylierung alpha-Ketosäure Intermediat 4.svg S-Acyl-Dihydrolipoamid-E
CoA-SH

Acyl-CoA

R-Pfeil runter 1-3.svg Dihydrolipoamid-S-Acetyltransferase 2.3.1.12 Tr PDHE2-Def.
Dihydrolipoamid-S-Succinyltransferase 2.3.1.61
Dihydrolipoyl-Verzweigtkettigen-Transacylase 2.3.1.168 MSUD II
Lipoylgruppe reduziert.svg Dihydrolipoamid-E

E3: Regeneration (Re-Oxidation) des Lipoyl-Restes[Bearbeiten]

Subst. ( ⇑ ) Enzym EC EG Erkr.
Protein-dihydrolipoyllysin.svg Dihydrolipoamid-E (reduziert)
NADH/H+

NAD+

R-Pfeil doppelt hoch.svg

FAD

FADH2

R-Pfeil runter 1-3.svg Dihydrolipoyl-Dehydrogenase

1.8.1.4

Ox MSUD III
Protein-lipoyllysin.svg Lipoamid-E (oxidiert)

Literatur[Bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten]




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