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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.
α-Ketosäure
Thiamin-P2


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
Thiaminpyrophosphat- 2-(1-alkyl-1-carboxyl- 1-hydroxymethyl)


CO2

" " " "
Thiaminpyrophosphat- 2-(1-alkyl-1-hydroxymethenyl)
Lipoamid-E (oxidiert)
" " " "
Thiaminpyrophosphat- 2-(1-alkyl-1-hydroxy- 1-lipoylmethyl)


Thiamin-P2

" " " "
S-Acyl-Dihydro- lipoamid-E

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

Subst. ( ⇑ ) Enzym EC EG Erkr.
S-Acyl-Dihydrolipoamid-E
CoA-SH

Acyl-CoA

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
Dihydrolipoamid-E

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

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

NAD+

FAD

FADH2

Dihydrolipoyl-Dehydrogenase

1.8.1.4

Ox MSUD III
Lipoamid-E (oxidiert)

Literatur[Bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten]




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