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Vom Pyruvat zum Acetat

Der Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex

Der Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex ist das Bindeglied zwischen Glycolyse und Citrat-Cyclus; hier wird das das Endprodukt der Glycolyse, Pyruvat, in Acetyl-Coenzym A (AcCoA) und CO2 konvertiert. AcCoA ist eine der zentralen Komponenten des Stoffwechsels und wird im Citrat-Cyclus metabolisiert:

Pyruvat+ CoA+ NAD+ AcCoA+ CO2+ NADH+ H+

Große Multienzymkomplexe wie die Pyruvat-Dehydrogenase ermöglichen eine enorm schnelle Umsetzung des Substrats. Zum einen liegt das an der hohen Anzahl der Enzyme im Komplex, zum anderen an ihrer räumlichen Nähe. Der Weg von einem Enzym zum nächsten Enzym in der Reaktionskaskade ist nur kurz. Der Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex kommt in fast allen Organismen vor und gehört zur Familie der 2-Oxoazid-Dehydrogenase-Multienzymkomplexe. Da er eine zentrale Position im Stoffwechsel einnimmt, wird die Aktivität des Komplexes von verschiedenen Faktoren reguliert, so z.B. vom Substrat Pyruvat und den Cofaktoren ThDP (Thiamin-diphosphat, auch Thiaminpyrophosphat oder TPP genannt) und Mg(II).

Der Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex aus E. coli besteht aus den drei Komponenten E1 (Pyruvat-Dehydrogenase [EC 1.2.4.1], Cofaktor ThDP, 99.000 Da), E2 (Dihydrolipoamid-Acetyltransferase [EC 2.3.1.12], enthält gebundene Lipoyl-Gruppen, 66.000 Da) und E3 (Lipoamiddehydrogenase [EC 1.8.1.4], Cofaktor FAD, 51.000 Da), die sich im Verhältnis 24:24:12 (E1:E2:E3) zu einem Komplex von ca. 4,57106 Da zusammensetzen. Die Zusammensetzung der Untereinheiten unterscheidet sich zwischen den Spezies. Eukaryontische Pyruvat-Dehydrogenase-Komplexe gehören mit molekularen Massen von 107 Da zu den größten bekannten Komplexen überhaupt.

Die Reaktionen im Einzelnen:

  • E1 katalysiert sowohl die Decarboxylierung von Pyruvat als auch die nachfolgende reduktive Acetylierung einer Lipoyl-Gruppe, die kovalent an E2 gebunden ist.
  • E2 katalysiert den Transfer einer Acetyl-Gruppe auf Coenzym A.
  • E3 katalysiert die Reoxidation des Dihydrolipoyl-Restes unter Verwendung von NAD + als terminalen Elektronen-Akzeptor.
Abb.1
Abb.2
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