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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) katalysiert. Diese Reaktion ist ein Teilschritt der Glykolyse und daher unentbehrlich für die Verwertung von Kohlenhydraten in allen Lebewesen. Drei Isoformen des Enzyms sind bei Wirbeltieren bekannt, die in den Muskeln (A), der Leber und Erythrozyten (B) sowie im Gehirn (C) lokalisiert sind und von jeweils eigenen Genen kodiert werden. Mutationen an einem dieser Gene können zu Aldolasemangel führen. Fehlt beispielsweise die Aldolase A, kann dies zu Rhabdomyolyse und einer Form der hämolytischen Anämie führen.[2]

Aldolase
Aldolase
Bänder-/Oberflächenmodell des ALDOA-Tetramers nach PDB 1ALD

Vorhandene Strukturdaten: 1ALD, 2ALD, 4ALD

Masse/Länge Primärstruktur 39.339 Da / 363 Aminosäuren
Sekundär- bis Quartärstruktur Homotetramer
Isoformen A, B, C
Bezeichner
Gen-Name(n) ALDOA, ALDOB, ALDOC
Externe IDs
Enzymklassifikation
EC, Kategorie 4.1.2.13Lyase
Substrat Fructose-1,6-bisphosphat
Produkte Dihydroxyacetonphosphat + D-Glycerinaldehyd-3-phosphat
Vorkommen
Übergeordnetes Taxon Lebewesen[1]

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[3] und ist die entwicklungsgeschichtlich älteste Isoform und diejenige, die in Bakterien und Pflanzen gefunden wird.

Aldolase-katalysierte Spaltung von Fructose-1,6-Bisphosphat (1) zu Dihydroxyacetonphosphat (2) und Glycerinaldehyd-3-phosphat (3)

Inhaltsverzeichnis

Mechanismus der katalysierten ReaktionBearbeiten

Die durch die Aldolase katalysierte Reaktion entspricht formal einer Aldolspaltung bzw. einer Aldoladdition[4]. Anzumerken ist, dass es sich hierbei um eine Gleichgewichtsreaktion handelt. Für die Beschleunigung der Aldolspaltung wird aus der Carbonylgruppe des Zuckers das carbonylanaloge, aber reaktivere, Iminiumion über eine Kondensation gebildet. Der Protonentransfer durch eine Carboxylatgruppe beschleunigt die Reaktion weiterhin. Für den Abschluss des katalytischen Zyklus erfolgt eine Hydrolyse. Der Reaktionsmechanismus ist in der nebenstehenden Abbildung. Die genauen Mechanismen der Hydrolyse des Iminiumions bzw. der Kondensation der Amino- und der Carbonylgruppe sind nicht dargestellt.

Im aktiven Zentrum der Aldolase liegen die Aminosäuren Asparaginsäure und Lysin vor 1. Die Aminogruppe der Lysinseitenkette greift die Carbonylgruppe von F-1,6-BP nucleophil an 2. Nach der Eliminierung von Wasser bildet sich das Iminiumion 3, was einer Kondensation entspricht. Die Umsetzung der Carbonylgruppe (Kohlenstoff-Doppelbindung-Sauerstoff) zum analogen Imin (Kohlenstoff-Doppelbindung-Stickstoff) folgt der Logik, dass Imine 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 Enamin-Zwischenstufe 4. Diese wird durch die Carboxygruppe der Asparaginsäureseitenkette protoniert und es bildet sich wieder ein Iminiumion 5. Durch Hydrolyse wird DHAP freigesetzt und die Lysinseitenkette zurückgewonnen.

Die Isomerisierung von Glucose-6-phosphat (G6P) zu Fructose-6-phosphat (F6P), früher in der Glykolyse, führt zur Umlagerung 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.
Reaktionsmechanismus der enzymkatalysierten Spaltung von Fructose-1,6-bisphosphat. Die Halbkreise stellen das aktive Zentrum des Aldolase-Enzyms dar.(1) Freies Enzym (2) Enzym-Substrat-Komplex (3) Iminium-ion-Zwischenstufe I (4) Enamin-Zwischenstufe (5) Iminiumion-Zwischenstufe II

Zusammenbau von H+-ATPaseBearbeiten

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 Vesikeln und anderen Zellinnenräumen ist deren Ansäuerung mittels V-Typ ATPasen, Transportproteinen 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.[5]

EinzelnachweiseBearbeiten

  1. Homologe bei OMA
  2. Todd A. Swanson, Sandra I. Kim und Marc J. Glucksman: BRS Biochemistry, Molecular Biology, and Genetics. Lippincott Raven; 5. Auflage 2010; ISBN 978-0781798754; S. 65
  3. UniProt P04075
  4. Donald Voet, Judith G. Voet, Charlotte W. Pratt: Lehrbuch der Biochemie. 3. Auflage. WILEY-VCH Verlag GMBH & Co. KGaA, 2019, ISBN 978-3-527-34286-0, S. 589.
  5. Ming Lu, David Ammar, Harlan Ives, Fred Albrecht, Stephen L Gluck: Physical Interaction between Aldolase and Vacuolar H+-ATPase Is Essential for the Assembly and Activity of the Proton Pump. In: J. Biol. Chem.. 282, Nr. 34, 2007, S. 24495–24503. doi:10.1074/jbc.M702598200. PMID 17576770.

WeblinksBearbeiten