α-Ketoglutarat-Dehydrogenase-Komplex

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Der α-Ketoglutarat-Dehydrogenase-Komplex oder 2-Oxoglutarat-Dehydrogenase-Komplex (OGDC) ist ein Proteinkomplex in Eukaryoten und manchen Bakterien, der die oxidative Decarboxylierung von α-Ketoglutarat und die nachfolgende Umsetzung mit Coenzym A zum Succinyl-CoA katalysiert. Diese Reaktion ist Teil des Citratzyklus. Die Gesamtreaktion lautet:

Ketoglutarat + CoA-SH + NAD⁺ <math>\longrightarrow</math> Succinyl-CoA + CO₂ + NADH

Aufbau

Am α-Ketoglutarat-Dehydrogenase-Komplex sind drei Enzyme beteiligt:


Untereinheit	EC-Nummer	Name	Gen	Cofaktor
E₁	EC 1.2.4.2	α-Ketoglutarat-Dehydrogenase	OGDH	Thiaminpyrophosphat (TPP)
E₂	EC 2.3.1.61	Dihydrolipoamid-Succinyltransferase	DLST	Liponsäure, Coenzym A
E₃	EC 1.8.1.4	Dihydrolipoamid-Dehydrogenase	DLD	FAD, NAD

Der α-Ketoglutarat-Dehydrogenase-Komplex bildet zusammen mit dem Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex, dem 2-Oxoadipat-Dehydrogenase-Komplex (OADHC) und dem verzweigtkettigen α-Ketosäure-Dehydrogenase-Komplex (BCKDC) eine Familie von Multienzymkomplexen sogenannter α-Ketosäure-Dehydrogenase-Komplexe.<ref name=":1"></ref> Alle vier Komplexe verwenden dieselbe E3-Untereinheit und dieselben Cofaktoren.<ref name=":1" /> OGDC und OADHC nutzen sogar noch die gleiche E2-Untereinheit (DLST).<ref></ref><ref></ref> Auch zum Glycinspaltungssystem besteht eine biochemische Verwandtschaft, da es ebenfalls dieselbe E3-Untereinheit mit den zugehörigen Cofaktoren sowie zusätzlich den gemeinsamen Cofaktor Liponsäure nutzt.<ref></ref>

Vergleich OGDC, OADHC und PDC
Untereinheiten OGDC	Untereinheiten OADHC	Untereinheiten PDC
α-Ketoglutarat-Dehydrogenase (E₁)	2-Oxoadipat-Dehydrogenase (E₁)	Pyruvatdehydrogenase (E₁)
Dihydrolipoamid-Succinyltransferase (E₂)		Dihydrolipoyl-Transacetylase (E₂)
Dihydrolipoamid-Dehydrogenase (E₃)

Im aktiven Multienzymkomplex ist die Succinyltransferase zu hochsymmetrischen Multimeren aggregiert (Tetracosamer der Punktgruppe 432, Hexacontamer der Punktgruppe 532), an welche die verschiedenen Dehydrogenasen gebunden sind.

In Eukaryoten wurde eine einzige Variante des Komplexes in Mitochondrien identifiziert.

Reaktion

Datei:PDH schema.png

Reaktionsmechanismus, für α-Ketoglutarat ist R=CH₂–COO⁻

OGDC und PDC nutzen die gleichen Coenzyme und katalysieren auch eine analoge Reaktion, auch der Reaktionsmechanismus ist bei beiden Komplexen sehr ähnlich.<ref name="Horton">H. Robert Horton, Laurence A. Moran, K. Gray Scrimgeour, Marc D. Perry, J. David Rawn und Carsten Biele (Übersetzer): Biochemie. Pearson Studium; 4. aktualisierte Auflage 2008; ISBN 978-3-8273-7312-0; S. 536</ref> α-Ketoglutarat wird oxidativ zu Succinyl-CoA decarboxyliert, dabei entsteht NADH. Im Citratzyklus wird dieses in die Atmungskette eingespeist und dient zur Energieerzeugung.

Klinische Relevanz

Bei der Stoffwechselkrankheit der kombinierten Malon- und Methylmalonazidurie (CMAMMA) aufgrund ACSF3-Mangels ist die mitochondriale Fettsäuresynthese (mtFAS) gestört, die die Vorläuferreaktion der Liponsäurebiosynthese darstellt.<ref name=":0"></ref> Die Folge ist ein verminderter Lipoylierungsgrad von wichtigen mitochondrialen Enzymen, wie unter anderem des α-Ketoglutarat-Dehydrogenase-Komplexes (OGDC) und des Pyruvat-Dehydrogenase-Komplexes.<ref name=":0" />

Bildung von Succinat in Prokaryoten

Veränderte Citratzyklus-Stoffwechselwege, in denen ein Teilschritt fehlt, sind bei Bakterien der Normalfall (13 von 17 untersuchte). Der fehlende Schritt kann durch andere Reaktionsschritte ersetzt sein oder auch nicht. Tatsächlich sind nur von drei Bakterienarten Enzyme mit Ketoglutarat-Dehydrogenase-Aktivität (KDH) bekannt: Euglena gracilis, Bacillus japonicum und Escherichia coli.- Das Bakterium Escherichia coli fährt unter aeroben Bedingungen den kompletten Citratzyklus wie beschrieben. Unter anaeroben Bedingungen ist es in der Lage, die KDH zu deaktivieren. Die Stoffwechselwege, die vorher einen Kreis bildeten, sind nun baumstrukturartig verbunden. M. tuberculosis hingegen kann zwischen zwei verschiedenen Citratzyklen umschalten, die beide vom eukaryotischen Weg verschieden sind.<ref>Vorlage:Cite book/URL Vorlage:Cite book/Meldung Vorlage:Cite book/Meldung Vorlage:Cite book/Meldung Vorlage:Cite book/Meldung Vorlage:Cite book/Meldung Vorlage:Cite book/Meldung Vorlage:Cite book/Meldung2</ref>

Archaeen, aber auch manche Bakterien, wie Helicobacter pylori, das unter microaerophilen Bedingungen wächst, katalysieren die Umwandlung von α-Ketoglutarat zu Succinyl-CoA mittels einer oxidationsempfindlichen 2-Oxoglutarat:Ferredoxin-Oxidoreduktase (OGOR, EC 1.2.7.3). Im Gegensatz zur OGDC enthält diese Eisen-Schwefel-Cluster; es fehlen das Flavin und das Liponsäureamid. Anstatt NADH wird Ferredoxin als Reduktionsmittel genutzt. Auch Mycobacterium tuberculosis enthält ein CoA-abhängiges Enzym, das dagegen auch unter aeroben Bedingungen stabil ist.<ref>Mai, X. und Adams, MW. (1996): Characterization of a fourth type of 2-keto acid-oxidizing enzyme from a hyperthermophilic archaeon: 2-ketoglutarate ferredoxin oxidoreductase from Thermococcus litoralis. In: Journal of bacteriology. Band 178, Nummer 20, Oktober 1996, S. 5890–5896, PMID 8830683, PMC 178443 (freier Volltext).</ref><ref>Vorlage:Cite book/URL Vorlage:Cite book/Meldung Vorlage:Cite book/Meldung Vorlage:Cite book/Meldung Vorlage:Cite book/Meldung Vorlage:Cite book/Meldung Vorlage:Cite book/Meldung Vorlage:Cite book/Meldung2</ref><ref> Vorlage:Cite book/URL Vorlage:Cite book/Meldung Vorlage:Cite book/Meldung Vorlage:Cite book/Meldung Vorlage:Cite book/Meldung Vorlage:Cite book/Meldung Vorlage:Cite book/Meldung Vorlage:Cite book/Meldung2</ref>

Bei verschiedenen Mycobakterien (darunter auch Mycobacterium tuberculosis) ist die E1-Untereinheit der Ketoglutarat-Dehydrogenase durch eine Ketoglutarat-Decarboxylase ersetzt, die unabhängig von Coenzym A zunächst Succinat-Semialdehyd produziert, welches von einer NADP⁺-abhängigen Succinat-Semialdehyd-Dehydrogenase zu Succinat dehydriert wird.<ref>Vorlage:Cite book/URL Vorlage:Cite book/Meldung Vorlage:Cite book/Meldung Vorlage:Cite book/Meldung Vorlage:Cite book/Meldung Vorlage:Cite book/Meldung Vorlage:Cite book/Meldung Vorlage:Cite book/Meldung2</ref>

Literatur

Einzelnachweise

Weblinks

Wikibooks: α-Ketoglutarat-Dehydrogenase – Lern- und Lehrmaterialien