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{{Infobox Protein
|Name =
|Bild = Aldolase-A 1ALD.jpg
|Bild_legende = Bänder-/Oberflächenmodell des ALDOA-Tetramers nach {{PDB|1ALD}}
|PDB = {{PDB2|1ALD}}, {{PDB2|2ALD}}, {{PDB2|4ALD}}
|Groesse = 39.339 [[Atomare Masseneinheit|Da]] / 363 Aminosäuren
|Kofaktor =
|Precursor =
|Struktur = Homotetramer
|Isoformen = A, B, C
|HGNCid =
|Symbol = {{HGNC|414|ALDOA}}
|AltSymbols = {{HGNC|417|ALDOB}}, {{HGNC|418|ALDOC}}
|GeneCards = ALDOA
|OMIM = 611881
|UniProt = P04075
|MGIid =
|CAS =
|CASergänzend =
|ATC-Code = 
|DrugBank =
|Wirkstoffklasse =
|TCDB =
|TranspText =
|EC-Nummer = 4.1.2.13
|Kategorie = Lyase
|Reaktionsart =
|Substrat = [[Fructose-1,6-bisphosphat]]
|Produkte = [[Dihydroxyacetonphosphat]] + [[Glycerinaldehyd-3-phosphat|D-Glycerinaldehyd-3-phosphat]]
|Homolog_fam =
|Taxon = Lebewesen<ref>[https://omabrowser.org/cgi-bin/gateway.pl?f=DisplayGroup&p1=P05062 Homologe bei OMA]</ref>
|Taxon_Ausnahme =
|Orthologe =
}}

'''Aldolase''' (ausführlich '''Fructose-1,6-bisphosphat-Aldolase''') ist das [[Enzym]], das die Spaltung von [[Fructose-1,6-bisphosphat]] (F-1,6-BP) in die Isomere [[Dihydroxyacetonphosphat]] (DHAP) und [[Glycerinaldehyd-3-phosphat]] (GAP) [[Katalyse|katalysiert]]. Diese Reaktion ist ein Teilschritt der [[Glykolyse]] und daher unentbehrlich für die Verwertung von [[Kohlenhydrate]]n in allen Lebewesen. Drei [[Isoform]]en des Enzyms sind bei [[Wirbeltiere]]n bekannt, die in den Muskeln (A), der [[Leber]] (A und B), den [[Erythrozyt]]en (B) sowie im [[Zentrales Nervensystem|Zentralen Nervensystem]] (C) lokalisiert sind und von jeweils eigenen [[Gen]]en [[Genetischer Code|kodiert]] werden. [[Mutation]]en an einem dieser Gene können zu [[Aldolasemangel]] führen. Fehlt beispielsweise die Aldolase A, kann dies zu [[Rhabdomyolyse]] und einer Form der [[Hämolytische Anämie|hämolytischen Anämie]] führen.<ref>Todd A. Swanson, Sandra I. Kim, Marc J. Glucksman: ''BRS Biochemistry, Molecular Biology, and Genetics.'' Lippincott Raven; 5. Auflage 2010, ISBN 978-0-7817-9875-4; S. 65.</ref>

[[Aldolase B]] wird ihrem Vorkommen wegen auch [[Leber]]-Aldolase genannt, allerdings ist sie auch in der [[Niere]] präsent. Sie übernimmt gleichzeitig die Funktion einer Fructose-1-phosphat-Aldolase<ref>{{UniProt|P04075}}</ref> und ist die entwicklungsgeschichtlich älteste Isoform und diejenige, die in [[Bakterien]] und Pflanzen gefunden wird.

[[Datei:Fructose-bisphosphate aldolase with fructose 1,6-bisphosphate.svg|mini|ohne|300px|Aldolase-katalysierte Spaltung von Fructose-1,6-Bisphosphat (1) zu Dihydroxyacetonphosphat (2) und Glycerinaldehyd-3-phosphat (3)]]

== Eigenschaften ==
Je nach ihrem Reaktionsmechanismus werden Aldolasen in zwei Klassen unterteilt. Aldolasen der Klasse I bilden ein protoniertes [[Imine|Schiff-Base]]-Intermediat, das ein hochkonserviertes [[Lysin]] des aktiven Zentrums mit dem DHAP-Carbonylkohlenstoff verbindet. Darüber hinaus sind [[Tyrosin]]reste für diesen Mechanismus als stabilisierende Wasserstoffakzeptoren von entscheidender Bedeutung.

Klasse-II-Aldolasen verwenden einen anderen Mechanismus, der die Carbonylgruppe mit einem zweiwertigen Kation wie [[Zink|Zn2+]] polarisiert. Das ''[[Escherichia coli]]''-Galactitol-[[Operon]]-Protein gatY und das [[N-Acetylgalactosamin|''N''-Acetylgalactosamin]]-Operon-Protein agaY, die beide [[Tagatose-Bisphosphat-Aldolase]]n sind, sind [[Homologie (Genetik)|Homologe]] der Aldolase Klasse II. Es wurde gezeigt, dass zwei [[Histidin]]reste in der ersten Hälfte der Sequenz dieser Homologen an der Bindung von Zink beteiligt sind.<ref name="PMID10712619">S. M. Zgiby, G. J. Thomson, S. Qamar, A. Berry: ''Exploring substrate binding and discrimination in fructose1, 6-bisphosphate and tagatose 1,6-bisphosphate aldolases.'' In: ''[[FEBS Journal|European Journal of Biochemistry]].'' Band 267, Nr. 6, März 2000, S. 1858–1868, [[doi:10.1046/j.1432-1327.2000.01191.x]], PMID 10712619.</ref>

Die Proteinuntereinheiten beider Klassen haben jeweils eine [[Protein-Faltungsklasse#α/β|α/β-Domäne]], die in einen [[TIM-Fass]] gefaltet ist, der das [[Aktives Zentrum|aktive Zentrum]] enthält. Mehrere Untereinheiten werden zu dem vollständigen Protein zusammengesetzt. Die beiden Klassen zeigen kaum [[Sequenzalignment|Sequenzidentität]] auf.

Mit wenigen Ausnahmen wurden nur Klasse-I-Aldolasen in Tieren, Pflanzen und Grünalgen<ref name="PMID15470245">N. J. Patron, M. B. Rogers, P. J. Keeling: ''Gene replacement of fructose-1,6-bisphosphate aldolase supports the hypothesis of a single photosynthetic ancestor of chromalveolates.'' In: ''Eukaryotic Cell.'' Band 3, Nr. 5, Oktober 2004, S. 1169–1175, [[doi:10.1128/EC.3.5.1169-1175.2004]], PMID 15470245, {{PMC|522617}}</ref> und mit wenigen Ausnahmen wurden in Pilzen nur Klasse-II-Aldolasen gefunden. Beide Klassen wurden weit verbreitet in anderen Eukaryoten und in Bakterien gefunden. Die beiden Klassen sind oft gemeinsam im selben Organismus vorhanden. Pflanzen und Algen haben neben der üblichen [[cytosol]]ischen Aldolase auch eine [[plastid]]ale Aldolase, das manchmal ein Relikt der [[Endosymbiose]] ist. Eine bifunktionelle Aldolase-Phosphatase mit Klasse-I-Mechanismus wurde artübergreifend in Archaeen und einigen Bakterien gefunden.<ref name="PMID11387336">B. Siebers, H. Brinkmann, C. Dörr, B. Tjaden, H. Lilie, J. van der Oost, C. H. Verhees: ''Archaeal fructose-1,6-bisphosphate aldolases constitute a new family of archaeal type class I aldolase.'' In: ''[[Journal of Biological Chemistry]].'' Band 276, Nr. 31, August 2001, S. 28710–28718, [[doi:10.1074/jbc.M103447200]], PMID 11387336.</ref> Das aktive Zentrum der Aldolase der Archaeen befindet sich ebenfalls in einem TIM-Fass.

== Mechanismus der katalysierten Reaktion ==
Die durch die Aldolase katalysierte Reaktion entspricht formal einer [[Aldolreaktion|Aldolspaltung]] bzw. einer Aldoladdition.<ref>{{Literatur |Autor=Donald Voet, Judith G. Voet, Charlotte W. Pratt |Titel=Lehrbuch der Biochemie |Auflage=3 |Verlag=Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA |Datum=2019 |ISBN=978-3-527-34286-0 |Seiten=589 |Sprache=de}}</ref> Anzumerken ist, dass es sich hierbei um eine [[Chemisches Gleichgewicht|Gleichgewichtsreaktion]] handelt. Für die Beschleunigung der Aldolspaltung von F-1,6-bP wird aus der [[Carbonylgruppe]] des [[Zucker]]s das carbonylanaloge, aber reaktivere, [[Iminiumion]] über eine [[Kondensationsreaktion|Kondensation]] gebildet. Der Protonentransfer durch eine [[Carboxylatgruppe]] beschleunigt die Reaktion weiterhin. Für den Abschluss des katalytischen Zyklus erfolgt eine [[Hydrolyse]]. Die genauen Mechanismen der Hydrolyse des Iminiumions bzw. der Kondensation der [[Aminogruppe|Amino-]] und der Carbonylgruppe sind nicht dargestellt.

Im [[Aktives Zentrum|aktiven Zentrum]] der Aldolase liegen die [[Aminosäuren|Aminosäureseitenketten]] von [[Asparaginsäure]] und Lysin vor. Die Aminogruppe der Lysinseitenkette greift die Carbonylgruppe von F-1,6-bP nucleophil an. Nach der [[Eliminierungsreaktion|Eliminierung]] von Wasser bildet sich ein Iminiumion, was einer Kondensation entspricht. Die Umsetzung der Carbonylgruppe (Kohlenstoff-Doppelbindung-Sauerstoff) zum analogen Iminiumion (Kohlenstoff-Doppelbindung-Stickstoff) folgt der Logik, dass diese stärker elektronenziehend sind als Carbonyle, was die folgende Spaltung der Bindung zwischen C3 und C4 beschleunigt. Die Aldolspaltung führt zur Bildung von GAP und einer [[Enamine|Enamin]]-Zwischenstufe. Diese wird durch die [[Carboxygruppe]] der Asparaginsäureseitenkette protoniert und es bildet sich wieder ein Iminiumion. Durch Hydrolyse wird DHAP freigesetzt und die Lysinseitenkette zurückgewonnen. Die Katalyse von Aldoladditionen mit Aminen ist auch aus der Synthesechemie bekannt, beispielsweise in der [[Hajos-Parrish-Eder-Sauer-Wiechert-Reaktion]].

Die [[Isomerisierung]] von [[Glucose-6-phosphat]] (G6P) zu [[Fructose-6-phosphat]] (F6P), früher in der Glykolyse, führt zur Migration der Carbonylgruppe vom C1 zum C2. Die Sinnhaftigkeit dieser Isomerisierung wird in der Aldolase-Reaktion ersichtlich. Eine analoge Aldolspaltung von G6P würde zu einem C2-Körper und einem C4-Körper führen. Die Tatsache, dass jedoch aus F6P (über F-1,6-bP) zwei isomere C3-Körper gewonnen werden, die in einem enzymkatalysierten Gleichgewicht sind, erlaubt die Metabolisierung beider Spaltprodukte über einen linearen Stoffwechselweg. Dies minimiert die Zahl verschiedener Reaktionen und somit die Anzahl an benötigten Enzymen.[[Datei:Aldolase.jpg|mini|521x521px|Reaktionsmechanismus der enzymkatalysierten Spaltung von Fructose-1,6-bisphosphat.|alternativtext=]]

== Zusammenbau von H+-ATPase ==
Aldolase B hat eine weitere Funktion, die insbesondere in den Nieren wichtig ist. Dort findet ständig Rückresorption von Blutbestandteilen mittels [[Endozytose]] statt. Voraussetzung für die Regulation von [[Vesikel (Biologie)|Vesikeln]] und anderen Zellinnenräumen ist deren Ansäuerung mittels V-Typ [[Membranständige ATPasen|ATPasen]], [[Transportprotein]]en in der jeweiligen Membran, die aus mehreren Untereinheiten zusammengebaut werden. Für diesen Zusammenbau ist Aldolase B essentiell; diese Funktion ist von der genannten enzymatischen Funktion völlig unabhängig.<ref>{{cite journal |first=Ming |last=Lu |coauthors=David Ammar, Harlan Ives, Fred Albrecht, Stephen L. Gluck |title=Physical Interaction between Aldolase and Vacuolar H+-ATPase Is Essential for the Assembly and Activity of the Proton Pump |journal=J. Biol. Chem. |volume=282 |issue=34 |pages=24495–24503 |doi=10.1074/jbc.M702598200 |pmid=17576770 |date=2007 |language=en}}</ref>

== Weblinks ==
{{Wikibooks|Biochemie und Pathobiochemie: Glycolyse}}

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Lyase]]

Aldolase - Versionsgeschichte

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