Messung der Enzymaktivität der Dihydrolipoyl-Dehydrogenase

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Dihydrolipoyl-Dehydrogenase (EC 1.8.1.4) ist ein mitochondrial lokalisiertes, strukturell konserviertes homodimeres Flavoprotein und gehört zur Familie der Pyridinnukleotid-Disulfid-Oxidoreduktasen, die in aeroben Organismen ubiquitär vorkommt. Dihydrolipoyl-Dehydrogenase katalysiert die Oxidation eines kovalent an ein Komponentenprotein gebundenen Dihydrolipoylrests sowie die Rückreaktion wie folgt:

Protein N⁶-(Dihydrolipoyl)lysin + NAD⁺ ↔ Protein N⁶-(Lipoyl)lysin + NADH + H⁺

Dihydrolipoyl-Dehydrogenase wurde in einer Vielzahl von Organismen charakterisiert, darunter Bakterien, Eukaryoten und Archaeen. Dieses homodimere Enzym enthält ein fest, jedoch nicht kovalent gebundenes Flavin-Nukleotid, ein Redox-Disulfid sowie pro Untereinheit eine NAD⁺-Bindungsstelle. In Pflanzen ist Dihydrolipoyl-Dehydrogenase ein wesentlicher Bestandteil mehrerer mitochondrialer Multienzymkomplexe, die eng mit dem Tricarbonsäure-(TCA-)Zyklus assoziiert sind, nämlich des Pyruvatdehydrogenase-Komplexes (bzw. seiner Isoform 2-Oxoglutarat-Dehydrogenase), der Multienzymkomplexe der verzweigtkettigen 2-Oxosäure-Dehydrogenasen sowie der Glycin-Decarboxylase-Komplexe. Dihydrolipoyl-Dehydrogenase spielt daher eine entscheidende Rolle im Glycin-, Serin- und Threonin-Stoffwechsel, im Propanoatstoffwechsel sowie im TCA-Zyklus zur Energiegewinnung.

Im Gegensatz zum Glycin-Decarboxylase-Komplex, der einen relativ instabilen Komplex bildet, sind die 2-Oxosäure-Dehydrogenase-Komplexe stabil und bestehen aus drei Komponenten: der E1-Untereinheit (2-Oxosäure-Dehydrogenase), der E2-Untereinheit (Dihydrolipoyl-Acyltransferase) und der E3-Untereinheit (Dihydrolipoyl-Dehydrogenase). E1 ist initial für die Freisetzung von CO₂ sowie für die reduktive Acetylierung der Lipoamid-Prosthetischen Gruppen verantwortlich, die an den oligomeren E2-Kernkomplex gebunden sind; der Transfer erfolgt über ein α‑Hydroxyethyliden‑Thiamindiphosphat‑Intermediat. E2 vermittelt den Transfer der Acetylgruppe vom S‑Acetyl‑Dihydrolipoamid‑Intermediat auf CoA; dabei katalysiert das FAD-gebundene E3 die Reoxidation der reduzierten Lipoamid-Prosthetischen Gruppen, gekoppelt an die Bildung von NADH.

Abbildung: Die Kristallstruktur der humanen Dihydrolipoyl-Dehydrogenase im Komplex mit NAD⁺.
PDB: 1ZMC

Dihydrolipoyl-Dehydrogenase kann auch freies Dihydrolipoat, Dihydrolipoamid oder Dihydrolipoyllysin als Substrat verwenden. Aufgrund ihres charakteristischen Flavin-Anteils und der NADH-Oxidase-Aktivität wird sie häufig als „Diaphorase“ bezeichnet, wobei der Elektronenakzeptor in der Regel ein oxidierter Farbstoff wie Methylenblau ist. Daher wird angenommen, dass Dihydrolipoyl-Dehydrogenase als Prooxidans wirkt. Darüber hinaus wurde beim Menschen ein Dihydrolipoyl-Dehydrogenase-Mangel als therapeutisches Ziel für Erkrankungen wie Friedreich-Ataxie und Ischämie-Reperfusionsschädigung beschrieben. Somit ist ersichtlich, dass Dihydrolipoyl-Dehydrogenase ein Schlüsselenzym in der biologischen Stoffwechselregulation und der medizinischen Forschung darstellt. Allerdings sind die Aktivitätsassays dieses Enzyms bislang nicht ausreichend weiterentwickelt, um ein besseres Verständnis zu ermöglichen. Glücklicherweise nutzt Creative Enzymes modernste spektrophotometrische Instrumentierung, um die enzymatische Aktivität der Dihydrolipoyl-Dehydrogenase präzise zu bestimmen. Unsere Services und Produkte zählen zu den vertrauenswürdigsten und am Markt validierten Angeboten, unterstützt durch dedizierten Vertrieb sowie technischen Support. Mit uns ist Ihr Unternehmen optimal für den Erfolg positioniert.