Oxidoreduktasen sind eine Klasse von Enzymen, die den Transfer von Elektronen von einem Molekül zu einem anderen katalysieren. Das Molekül, das die Elektronen abgibt, wird als Elektronendonator oder Reduktionsmittel bezeichnet, und das Molekül, das die Elektronen empfängt, wird als Elektronenakzeptor oder Oxidationsmittel bezeichnet. Oxidoreduktasen spielen eine wichtige Rolle im Stoffwechselprozess. Sie sind sowohl in aeroben als auch in anaeroben Stoffwechselwegen zu finden, einschließlich Glykolyse, TCA-Zyklus, oxidative Phosphorylierung und Aminosäurestoffwechsel. Um ihre Funktionen zu erfüllen, nutzen die Oxidoreduktasen Redox-Kofaktoren. Zu den häufigen Redox-Kofaktoren gehören FAD (Flavin-Adenin-Dinukleotid), Fd (Ferredoxin), FMN (Flavin-Mononukleotid), NAD (Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid), NADP (Nicotinamid-Adenin-Dinukleotidphosphat), Coenzym B, Coenzym Q usw. Zum Beispiel reduziert das Enzym Glycerinaldehyd-3-phosphat-Dehydrogenase NAD+ zu NADH in der Glykolyse. Während NADH in der oxidativen Phosphorylierung wieder zu NAD+ oxidiert wird, um den richtigen Redoxzustand der Zelle aufrechtzuerhalten. Pyruvat wird während der Glykolyse produziert, das dann durch anaerobe Glykolyse unter Verwendung von NADH als Reduktionsmittel zu Laktat reduziert wird. Die Redox-Kofaktoren tragen eine oder mehrere aromatische oder ungesättigte zyklische chemische Gruppen in ihren Strukturen. Infolgedessen absorbieren die Kofaktoren stark UV- oder sichtbares Licht in reduzierter oder oxidierter Form oder in beiden. Dies macht die Redox-Kofaktoren zu perfekten Indikatoren für die spektrophotometrischen Enzymassays. 

Oxidoreduktasen können in verschiedene Subtypen kategorisiert werden, einschließlich Oxidasen und Dehydrogenasen. Oxidase-Enzyme verwenden molekularen Sauerstoff als Akzeptor für Wasserstoff oder Elektronen. Im Gegensatz dazu übertragen Dehydrogenase-Enzyme Wasserstoff auf NAD, NADP oder ein Flavin, um ein Substrat zu oxidieren. Weitere Oxidoreduktasen umfassen Reduktasen, Peroxidasen, Hydroxylasen und Oxygenasen. Reduktasen könnten auch Oxidasen sein, 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 ein natürlicher Abwehrprozess gegen Umweltangreifer ist. Hydroxylasen integrieren Hydroxylgruppen in organische Verbindungen, während Oxygenasen Sauerstoff aus molekularem Sauerstoff zu den Substraten hinzufügen.

Creative Enzymes bietet stolz spektrophotometrische Enzymassays zur Quantifizierung der Aktivitätsniveaus für alle Arten von Oxidoreduktasen an:

• Alkohol-Oxidoreduktasen (EC 1.1, Oxidoreduktasen, die auf die CH-OH-Gruppe von Donoren wirken)
• Oxidoreduktasen, die auf die Aldehyd- oder Oxogruppe 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, Monoamin-Oxidasen)
• 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 Donoren wirken (EC 1.12)
• Oxygenasen (EC 1.13), Oxidoreduktasen, die auf einzelne Donoren mit Einbau von molekularem Sauerstoff wirken
• Oxidoreduktasen, die auf gepaarte Donoren mit Einbau von molekularem Sauerstoff wirken (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)
• Andere Oxidoreduktasen (EC 1.97)

Als eine große und wichtige Familie von Enzymen werden Oxidoreduktasen in der pharmazeutischen Industrie weit verbreitet für die Synthese von Aminosäuren, Steroiden und anderen Molekülen; in der chemischen Industrie für die Produktion von Spezialchemikalien; in der klinischen Diagnostik und anderen analytischen Anwendungen; und in anderen Anwendungen wie Materialmodifikation und Umweltkontrolle eingesetzt.

Abbildung: Die Struktur eines menschlichen Cytochrom P450-Reduktase (EC 1.6.2.4), die die Kofaktoren NADPH (blau) und FAD (magenta) sowie eine prosthetische Gruppe FMN (gelb) zeigt.
Referenz: Jin, Y.; Chen, M.; Penning, T.; Miller, W. Biochem. J. 2015, 468 (1), 25.

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