Oxidoreduktasen sind eine Enzymklasse, die den Transfer von Elektronen von einem Molekül auf ein anderes katalysiert. Das Molekül, das die Elektronen abgibt, wird als Elektronendonor bzw. Reduktionsmittel bezeichnet; das Molekül, das die Elektronen aufnimmt, als Elektronenakzeptor bzw. Oxidationsmittel. Oxidoreduktasen spielen eine wesentliche Rolle in metabolischen Prozessen. Sie kommen sowohl in aeroben als auch in anaeroben Stoffwechselwegen vor, einschließlich Glykolyse, TCA‑Zyklus, oxidativer Phosphorylierung und Aminosäurestoffwechsel. Zur Ausübung ihrer Funktion nutzen Oxidoreduktasen Redox‑Kofaktoren. Zu den gängigen Redox‑Kofaktoren zählen FAD (Flavinadenindinukleotid), Fd (Ferredoxin), FMN (Flavinmononukleotid), NAD (Nicotinamidadenindinukleotid), NADP (Nicotinamidadenindinukleotidphosphat), Coenzym B, Coenzym Q usw. Beispielsweise reduziert das Enzym Glycerinaldehyd‑3‑phosphat‑Dehydrogenase in der Glykolyse NAD+ zu NADH. NADH wird in der oxidativen Phosphorylierung wiederum zu NAD+ reoxidiert, um den korrekten Redoxzustand der Zelle aufrechtzuerhalten. Während der Glykolyse entsteht Pyruvat, das in der anaeroben Glykolyse unter Verwendung von NADH als Reduktionsmittel zu Laktat reduziert wird. Redox‑Kofaktoren tragen in ihrer Struktur eine oder mehrere aromatische bzw. ungesättigte zyklische chemische Gruppen. Dadurch absorbieren die Kofaktoren im reduzierten oder oxidierten Zustand – oder in beiden – stark im UV‑ bzw. sichtbaren Spektralbereich. Dies macht Redox‑Kofaktoren zu idealen Reportern für spektrophotometrische Enzymassays. 

Oxidoreduktasen lassen sich in verschiedene Subtypen einteilen, darunter Oxidasen und Dehydrogenasen. Oxidasen verwenden molekularen Sauerstoff als Akzeptor für Wasserstoff oder Elektronen. Demgegenüber übertragen Dehydrogenasen Wasserstoff auf NAD, NADP oder ein Flavin, um ein Substrat zu oxidieren. Weitere Oxidoreduktasen umfassen Reduktasen, Peroxidasen, Hydroxylasen und Oxygenasen. Reduktasen können auch als Oxidasen fungieren, da die meisten Redoxreaktionen reversibel sind. Die Richtung der Redoxreaktion hängt sowohl von der Thermodynamik als auch von der Kinetik ab. Peroxidasen katalysieren den Abbau von Wasserstoffperoxid, was einen natürlichen Abwehrprozess gegen Umweltinvasoren darstellt. Hydroxylasen bauen Hydroxylgruppen in organische Verbindungen ein, während Oxygenasen Sauerstoff aus molekularem Sauerstoff in die Substrate einführen.

Creative Enzymes bietet mit Stolz spektrophotometrische Enzymassays zur Quantifizierung der Aktivitätsniveaus für alle Typen von Oxidoreduktasen an:

• Alkohol‑Oxidoreduktasen (EC 1.1, Oxidoreduktasen, die auf die CH‑OH‑Gruppe von Donoren wirken)
• Oxidoreduktasen, die auf die Aldehyd‑ oder Oxo‑Gruppe von Donoren wirken (EC 1.2)
• CH–CH‑Oxidoreduktasen (EC 1.3, Oxidoreduktasen, die auf die CH‑CH‑Gruppe von Donoren wirken)
• Oxidoreduktasen, die auf die CH‑NH2‑Gruppe von Donoren wirken (EC 1.4, Aminosäure‑Oxidoreduktasen, Monoaminoxidasen)
• Oxidoreduktasen, die auf die CH‑NH‑Gruppe von Donoren wirken (EC 1.5)
• Oxidoreduktasen, die auf NADH oder NADPH wirken (EC 1.6)
• Oxidoreduktasen, die auf andere stickstoffhaltige Verbindungen als Donoren wirken (EC 1.7)
• Oxidoreduktasen, die auf eine Schwefelgruppe von Donoren wirken (EC 1.8)
• Oxidoreduktasen, die auf eine Hämgruppe von Donoren wirken (EC 1.9)
• Oxidoreduktasen, die auf Diphenole und verwandte Substanzen als Donoren wirken (EC 1.10)
• Peroxidasen (EC 1.11, Oxidoreduktasen, die auf Peroxid als Akzeptor wirken)
• Oxidoreduktasen, die auf Wasserstoff als Donor wirken (EC 1.12)
• Oxygenasen (EC 1.13), Oxidoreduktasen, die auf einzelne Donoren wirken unter Einbau von molekularem Sauerstoff
• Oxidoreduktasen, die auf gepaarte Donoren wirken unter Einbau von molekularem Sauerstoff (EC 1.14)
• Oxidoreduktasen, die auf Superoxidradikale als Akzeptoren wirken (EC 1.15)
• Oxidoreduktasen, die Metallionen oxidieren (EC 1.16)
• Oxidoreduktasen, die auf CH‑ oder CH2‑Gruppen wirken (EC 1.17)
• Oxidoreduktasen, die auf Eisen‑Schwefel‑Proteine als Donoren wirken (EC 1.18)
• Oxidoreduktasen, die auf reduziertes Flavodoxin als Donor wirken (EC 1.19)
• Oxidoreduktasen, die auf Phosphor oder Arsen in Donoren wirken (EC 1.20)
• Oxidoreduktasen, die auf X‑H und Y‑H wirken, um eine X‑Y‑Bindung zu bilden (EC 1.21)
• Weitere Oxidoreduktasen (EC 1.97)

Als große und wichtige Enzymfamilie werden Oxidoreduktasen in der pharmazeutischen Industrie breit eingesetzt – für die Synthese von Aminosäuren, Steroiden und anderen Molekülen; in der chemischen Industrie zur Herstellung von Spezialchemikalien; in der klinischen Diagnostik und weiteren analytischen Anwendungen; sowie in weiteren Einsatzfeldern wie Materialmodifikation und Emissions‑ bzw. Schadstoffkontrolle.

Abbildung: Struktur einer humanen Cytochrom‑P450‑Reduktase (EC 1.6.2.4) mit den Kofaktoren NADPH (blau) und FAD (magenta) sowie der prosthetischen Gruppe FMN (gelb).
Referenz: Jin, Y.; Chen, M.; Penning, T.; Miller, W. Biochem. J. 2015, 468 (1), 25.

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