Oxidoreduktasen sind eine Klasse von Enzymen, die den Transfer von Elektronen von einem Molekül auf ein anderes katalysieren. Das Molekül, das die Elektronen abgibt, wird als Elektronendonor oder Reduktionsmittel bezeichnet, und das Molekül, das die Elektronen aufnimmt, wird als Elektronenakzeptor oder Oxidationsmittel bezeichnet. Oxidoreduktase-Enzyme spielen eine wichtige Rolle im Stoffwechsel. Sie kommen sowohl in aeroben als auch in anaeroben Stoffwechselwegen vor, einschließlich Glykolyse, TCA-Zyklus, oxidativer Phosphorylierung und Aminosäurestoffwechsel. Um ihre Funktionen zu erfüllen, nutzen die Oxidoreduktase-Enzyme Redox-Cofaktoren. Zu den häufigen Redox-Cofaktoren gehören FAD (Flavin-Adenin-Dinukleotid), Fd (Ferredoxin), FMN (Flavin-Mononukleotid), NAD (Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid), NADP (Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid-Phosphat), Coenzym B, Coenzym Q usw. Zum Beispiel reduziert das Enzym Glycerinaldehyd-3-phosphat-Dehydrogenase NAD+ zu NADH in der Glykolyse. Während NADH im Weg der oxidativen Phosphorylierung wieder zu NAD+ oxidiert wird, um den richtigen Redox-Zustand der Zelle aufrechtzuerhalten. Pyruvat wird während der Glykolyse gebildet, das dann durch anaerobe Glykolyse unter Verwendung von NADH als Reduktionsmittel zu Laktat reduziert wird. Die Redox-Cofaktoren enthalten in ihrer Struktur ein oder mehrere aromatische oder ungesättigte zyklische chemische Gruppen. Dadurch absorbieren die Cofaktoren im reduzierten oder oxidierten Zustand, oder in beiden, stark UV- oder sichtbares Licht. Dies macht die Redox-Cofaktoren zu perfekten Reportern für spektrophotometrische Enzymtests. 

Oxidoreduktasen können in verschiedene Untertypen kategorisiert werden, darunter 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 sind Reduktasen, Peroxidasen, Hydroxylasen und Oxygenasen. Reduktasen können 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 Abwehrmechanismus gegen Umweltangreifer ist. Hydroxylasen bauen Hydroxylgruppen in organische Verbindungen ein, während Oxygenasen Sauerstoff aus molekularem Sauerstoff in die Substrate einbauen.

Creative Enzymes bietet stolz spektrophotometrische Enzymtests zur Quantifizierung der Aktivitätsniveaus für alle Arten von Oxidoreduktase-Enzymen 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, 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 Einzeldonoren unter Einbau von molekularem Sauerstoff wirken
• Oxidoreduktasen, die auf gepaarte Donoren unter 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)
• Weitere Oxidoreduktasen (EC 1.97)

Als eine große und wichtige Enzymfamilie werden Oxidoreduktasen in der pharmazeutischen Industrie weit verbreitet für die Synthese von Aminosäuren, Steroiden und anderen Molekülen eingesetzt; in der chemischen Industrie zur Herstellung von Spezialchemikalien; in der klinischen Diagnostik und anderen analytischen Anwendungen; sowie in weiteren Bereichen wie Materialmodifikation und Umweltschutz.

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

Verwandte Dienstleistungen

Enzymaktivitätsmessung für Oxidoreduktasen, die auf Kohlenstoff wirken, mittels spektrophotometrischer Tests
Enzymaktivitätsmessung für Oxidoreduktasen, die auf Stickstoff und Schwefel wirken, mittels spektrophotometrischer Tests
Enzymaktivitätsmessung für Oxidoreduktasen, die mit anorganischen Stoffen interagieren