Ferroxidasen sind in der biologischen Welt weit verbreitet und umfassen eine Reihe von Reduktasen (z. B. Nukleotidreduktase, Nitratreduktase, Nitritreduktase usw.), Hydrogenasen, Nitrogenasen, Peroxidasen (einschließlich Cytochrom-Peroxidase, Myeloperoxidase usw.), Oxidasen (einschließlich Cytochrom‑c‑Oxidase usw.), Hydratasen usw. Bei den meisten handelt es sich um Häm-Enzyme; darüber hinaus gibt es zahlreiche wichtige eisenhaltige Enzyme, die keine Häm-Enzyme sind. Eisenhaltige Enzyme sind an Elektronentransferprozessen beteiligt. Eisen ist das Spurenelement, das der menschliche Körper am dringendsten benötigt. Der überwiegende Anteil liegt in den Erythrozyten in Form von Hämoglobin vor. Es ist Bestandteil der Muskulatur sowie eisenabhängiger Enzyme. Die physiologischen Wirkungen von Eisen sind: Bildung von Häm und Prävention von Anämie; Beteiligung an der Cytochrom-Synthese, Regulation der Gewebeatmung und des Energiestoffwechsels; Aufrechterhaltung der Immunfunktion und der antiinfektiösen Abwehr. Hämoglobin ist der Hauptbestandteil der roten Blutkörperchen und verantwortlich für den Transport von Sauerstoff im gesamten Körper für den Stoffwechsel. Bei unzureichender Eisenversorgung wird die Hämoglobin-Synthese beeinträchtigt und es kann zu Anämie kommen. Medizinisch wird dies als nutritive Eisenmangelanämie bezeichnet; sie ist eine häufige Erkrankung im Kindesalter. Bei Säuglingen ist der Eisengehalt der Muttermilch gering; das während der Fetalperiode von der Mutter erhaltene und im Körper gespeicherte Eisen ist etwa innerhalb von 6 Monaten nach der Geburt aufgebraucht. Wird Beikost nicht rechtzeitig eingeführt, kann es bei dem Kind etwa ab dem 6. Lebensmonat zu Symptomen einer Eisenmangelanämie kommen.

Cytochrom c

Der Cytochromkomplex bzw. Cyt c ist ein kleines Hämprotein, das locker mit der inneren Mitochondrienmembran assoziiert ist. Es gehört zur Cytochrom‑c‑Proteinfamilie und spielt eine wesentliche Rolle in der Apoptose. Im Gegensatz zu anderen Cytochromen ist Cytochrom c stark wasserlöslich und ein essenzieller Bestandteil der Elektronentransportkette, in der es ein Elektron überträgt. Durch den Wechsel seines Eisenatoms zwischen der zweiwertigen (Fe2+) und dreiwertigen (Fe3+) Form kann es Oxidations‑ und Reduktionsreaktionen durchlaufen, bindet jedoch keinen Sauerstoff. Es überträgt Elektronen zwischen Komplex III (Coenzym‑Q–Cyt‑c‑Reduktase) und Komplex IV (Cyt‑c‑Oxidase). Beim Menschen wird Cytochrom c durch das Gen CYCS kodiert.

Abbildung 1. Dreidimensionale Struktur von Cytochrom c (grün).

Oxidasen

Oxidasen sind die wichtigsten Enzyme innerhalb der Peroxidasen. Oxidasen machen etwa die Hälfte der gesamten Peroxidasen aus, darunter: Uratoxidase, D‑Aminosäureoxidase, L‑Aminosäureoxidase und L‑α‑Hydroxyacid‑Oxidase usw.

Cytochrom P450

Cytochrom P450 (CYPs) ist eine Enzym‑Superfamilie, die Häm als Kofaktor enthält und als Monooxygenase fungiert. Bei Säugetieren oxidieren diese Proteine Steroide, Fettsäuren und Xenobiotika; sie sind wichtig für die Eliminierung verschiedener Verbindungen sowie für die Synthese und den Abbau von Hormonen. In Pflanzen sind diese Proteine wichtig für die Biosynthese von Abwehrstoffen, Fettsäuren und Hormonen. CYP‑Enzyme wurden in allen Domänen des Lebens nachgewiesen: Tiere, Pflanzen, Pilze, Protozoen, Bakterien, Archaeen und sogar Viren. Allerdings kommen sie nicht überall vor; beispielsweise wurden sie in E. coli nicht nachgewiesen. Es sind mehr als 50.000 unterschiedliche CYP‑Proteine bekannt. Im Allgemeinen ist CYP eine terminale Oxidase in der Elektronentransferkette und wird breit als P450‑haltiges System klassifiziert. Der Begriff „P450“ leitet sich von einem spektrophotometrischen Peak bei der maximalen Absorptionswellenlänge (450 nm) eines Enzyms im reduzierten Zustand und in Komplexierung mit Kohlenmonoxid ab. Die meisten CYPs benötigen ein Protein‑Chaperon, um ein oder mehrere Elektronen zu übertragen und Eisen zu reduzieren (letztlich zur Aktivierung von molekularem Sauerstoff).

Referenz

1. Gonzalez FJ.; et al. Human cytochromes P450: evolution and cDNA-directed expression. Environmental Health Perspectives. 1992, 98: 81-5.