Acetyl-Coenzym A

Strukturformel
Strukturformel von Acetyl-Coenzym A
Allgemeines
Name	Acetyl-Coenzym A
Andere Namen	Acetyl-CoA Acetyl-S-CoA aktiviertes Acetat aktivierte Essigsäure
Summenformel	C23H38N7O17P3S
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer Vorlage:CASRN EG-Nummer 200-790-9 ECHA-InfoCard 100.000.719 PubChem 444493 ChemSpider 392413 DrugBank Wikidata [[:d:|]]
Eigenschaften
Molare Masse	809,57 g·mol−1
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung keine Einstufung verfügbar<ref name="NV">Dieser Stoff wurde in Bezug auf seine Gefährlichkeit entweder noch nicht eingestuft oder eine verlässliche und zitierfähige Quelle hierzu wurde noch nicht gefunden.</ref>
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa).

Datei:Acetyl-CoA.svg

Kurzdarstellung der Strukturformel von Acetyl-CoA

Acetyl-Coenzym A (kurz Acetyl-CoA) ist ein „aktivierter“ Essigsäurerest (CH₃CO-). Dieser ist an die SH-Gruppe des Cysteamin-Anteils von Coenzym A gebunden. Sie leitet sich durch Veresterung der SH-Gruppe von Coenzym A mit Essigsäure ab.<ref name="spektrum.de">spektrum.de: Acetyl-Coenzym A - Lexikon der Biologie, abgerufen am 18. April 2017</ref>

Vorkommen und biologische Bedeutung

Aufgrund des hohen Gruppenübertragungspotenzials der Thioestergruppierung spielt Acetyl-Coenzym A eine Schlüsselrolle bei zahlreichen Stoffwechselreaktionen, in welchen C₂-Bruchstücke (Acetateinheiten) umgesetzt werden.

Bei den meisten Säugetieren, einschließlich dem Menschen ist Acetyl-CoA das wichtigste Zwischenprodukt im Zellstoffwechsel der drei Hauptnährstoffe Kohlenhydrate, Lipide und Aminosäuren.<ref name="Florian Horn">Florian Horn: Biochemie des Menschen das Lehrbuch für das Medizinstudium. Georg Thieme Verlag, 2009, ISBN 978-3-13-130884-9, S. 200 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche). </ref>

Acetyl-CoA entsteht im Organismus bei mehreren Stoffwechselvorgängen:<ref name="spektrum.de" />

• Zum einen wird es durch die oxidative Decarboxylierung von Pyruvat gebildet (das seinerseits als Endprodukt der Glykolyse anfällt), aber auch durch den Abbau von Aminosäuren (wie z. B. L-Alanin). Die oxidative Decarboxylierung des Pyruvats findet im Mitochondrium statt. Dort katalysiert der Pyruvatdehydrogenase-Enzymkomplex die Abspaltung von Kohlendioxid CO₂ (die Carboxygruppe wird abgespalten, daher „Decarboxylierung“) und gleichzeitig die Verknüpfung des übrigbleibenden Acetylrests mit der SH-Gruppe des Coenzym A. Dabei wird das ursprünglich mittlere C-Atom des Pyruvats oxidiert (daher „oxidativ“).

• Außerdem entsteht Acetyl-CoA beim Abbau von Fettsäuren im Rahmen der β-Oxidation. Hier werden von der Fettsäure nacheinander immer zwei Kohlenstoffatome in Form von Acetyl-CoA abgespalten. So entstehen z. B. beim Abbau von Palmitinsäure mit 16 C-Atomen im Rahmen der β-Oxidation acht Moleküle Acetyl-CoA. Auch dieser Vorgang findet in der Mitochondrien-Matrix statt.
• Darüber hinaus kann Acetyl-CoA sowohl im Cytosol als auch in den Mitochondrien und in Peroxisomen durch die Decarboxylierung von Malonyl-CoA durch das Enzym Malonyl-CoA-Decarboxylase (MCD) gebildet werden.<ref>Erik Joly, Moise Bendayan, Raphaël Roduit, Asish K. Saha, Neil B. Ruderman, Marc Prentki: Malonyl‐CoA decarboxylase is present in the cytosolic, mitochondrial and peroxisomal compartments of rat hepatocytes. In: FEBS Letters. Band 579, Nr. 29, 5. Dezember 2005, S. 6581–6586, doi:10.1016/j.febslet.2005.10.050. </ref>

• Im assimilatorischen Stoffwechsel vieler Anaerobier tritt es außerdem als Produkt des reduktiven Acetyl-CoA-Wegs sowie des reduktiven Citratzyklus auf.

Der Acetylrest des gebildeten Acetyl-CoA kann im Mitochondrium durch Citratzyklus und Atmungskette komplett zu CO₂ und H₂O abgebaut oder zur Synthese energiereicher Verbindungen wie Triglyceride, Ketonkörper oder Cholesterin herangezogen werden. Diese anabolen Prozesse finden teils im Cytosol statt (z. B. Fettsäuresynthese), jedoch kann das Acetyl-CoA nicht ohne weiteres das Mitochondrium verlassen und auch die Transportwege für längerkettige Carbonsäuren (s. u.) sind ihm versperrt. Für den Transport von Acetyl-CoA aus dem Mitochondrium in das Cytosol gibt es daher ein spezielles Transportsystem, das sogenannte Citrat-Shuttle.

Für die Verlängerungseinheiten der mitochondrialen Fettsäuresynthese (mtFAS) wird Acetyl-CoA durch die mitochondriale Isoform der Acetyl-CoA-Carboxylase 1 (mtACC1) in Malonyl-CoA umgewandelt, unterstützt durch Acyl-CoA-Synthetase-Familienmitglied 3 (ACSF3), das zusätzlich Malonyl-CoA aus Malonat bereitstellt.<ref>Geoffray Monteuuis, Fumi Suomi, Juha M. Kerätär, Ali J. Masud, Alexander J. Kastaniotis: A conserved mammalian mitochondrial isoform of acetyl-CoA carboxylase ACC1 provides the malonyl-CoA essential for mitochondrial biogenesis in tandem with ACSF3. In: Biochemical Journal. Band 474, Nr. 22, 15. November 2017, S. 3783–3797, doi:10.1042/BCJ20170416. </ref> In Reaktion auf die Verfügbarkeit von mitochondrialem Acetyl-CoA baut mtFAS Acylketten an das in der Matrix lösliche Acyl-Carrier-Protein (Holo-ACP) und bildet so Acyl-ACP-Varianten mit unterschiedlichen Kettenlängen.<ref>Riley J. Wedan, Jacob Z. Longenecker, Sara M. Nowinski: Mitochondrial fatty acid synthesis is an emergent central regulator of mammalian oxidative metabolism. In: Cell Metabolism. Band 36, Nr. 1, Januar 2024, S. 36–47, doi:10.1016/j.cmet.2023.11.017, PMID 38128528, PMC 10843818 (freier Volltext) – (elsevier.com). </ref> Diese Acyl-ACP-Varianten werden benötigt für die Biosynthese von Liponsäure, einem Cofaktor wichtiger mitochondrialer Enzymkomplexe wie dem Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex (PDC), dem α-Ketoglutarat-Dehydrogenase-Komplex (OGDC), dem 2-Oxoadipat-Dehydrogenase-Komplex (OADHC), dem verzweigtkettigen α-Ketosäure-Dehydrogenase-Komplex (BCKDHC) und dem Glycine-Cleavage-System, sowie zur allosterischen Aktivierung des Netzwerkes der LYRM-Proteine.<ref>Zeinab Wehbe, Sidney Behringer, Khaled Alatibi, David Watkins, David Rosenblatt, Ute Spiekerkoetter, Sara Tucci: The emerging role of the mitochondrial fatty-acid synthase (mtFASII) in the regulation of energy metabolism. In: Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular and Cell Biology of Lipids. Band 1864, Nr. 11, November 2019, S. 1629–1643, doi:10.1016/j.bbalip.2019.07.012 (elsevier.com). </ref><ref name=":0">Jonathan G. Van Vranken, Sara M. Nowinski, Katie J. Clowers, Mi-Young Jeong, Yeyun Ouyang, Jordan A. Berg, Jeremy P. Gygi, Steven P. Gygi, Dennis R. Winge, Jared Rutter: ACP Acylation Is an Acetyl-CoA-Dependent Modification Required for Electron Transport Chain Assembly. In: Molecular Cell. Band 71, Nr. 4, August 2018, S. 567–580.e4, doi:10.1016/j.molcel.2018.06.039, PMID 30118679, PMC 6104058 (freier Volltext) – (elsevier.com). </ref> Die Mitglieder dieses Netzwerks regulieren die Biogenese von Eisen-Schwefel-Clustern, die Assemblierung der Komplexe der Atmungskette und die mitochondriale Translation, wobei letztere selbst bei eingeschränkter Acetyl-CoA-Verfügbarkeit aktiv bleibt.<ref name=":0" /><ref name=":1">Ali J. Masud, Alexander J. Kastaniotis, M. Tanvir Rahman, Kaija J. Autio, J. Kalervo Hiltunen: Mitochondrial acyl carrier protein (ACP) at the interface of metabolic state sensing and mitochondrial function. In: Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Cell Research. Band 1866, Nr. 12, Dezember 2019, S. 118540, doi:10.1016/j.bbamcr.2019.118540 (elsevier.com). </ref> Zusammengefasst steuert Acetyl-CoA seinen eigenen mitochondrialen Verbrauch über mtFAS und acyliertes ACP, indem es bei Substratüberschuss die oxidative Kapazität erhöht und bei Substratmangel die Aktivität der Atmungskette herabreguliert, um die Bildung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) zu verhindern.<ref>Sara M Nowinski, Ashley Solmonson, Scott F Rusin, J Alan Maschek, Claire L Bensard, Sarah Fogarty, Mi-Young Jeong, Sandra Lettlova, Jordan A Berg, Jeffrey T Morgan, Yeyun Ouyang, Bradley C Naylor, Joao A Paulo, Katsuhiko Funai, James E Cox, Steven P Gygi, Dennis R Winge, Ralph J DeBerardinis, Jared Rutter: Mitochondrial fatty acid synthesis coordinates oxidative metabolism in mammalian mitochondria. In: eLife. Band 9, 17. August 2020, doi:10.7554/eLife.58041, PMID 32804083, PMC 7470841 (freier Volltext). </ref><ref name=":1" />

Weblinks

• Chao Wu, Jonathan Lo, Chris Urban, Xiang Gao, Bin Yang, Jonathan Humphreys, Shrameeta Shinde, Xin Wang, Katherine J. Chou, PinChing Maness, Nicolas Tsesmetzis, David Parker, Wei Xiong: Acetyl-CoA synthesis through a bicyclic carbon-fixing pathway in gas-fermenting bacteria. In: Nature Synthesis, Band 1, 23. Juni 2022, S. 615–625; doi:10.1038/s44160-022-00095-4. Über Clostridium ljungdahlii. Dazu:
  • Not Just Bread and Beer: Microbes Can Ferment Carbon Dioxide To Make Fuel. Auf: SciTechDaily vom 6. August 2022. Quelle: National Renewable Energy Laboratory

Einzelnachweise

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