Aldolase

Aldolase

Aldolase ist eine Lyase; im engeren Sinne bezeichnet der Begriff ein Enzym, das die Spaltung von D‑Fructose‑1,6‑bisphosphat zu D‑Glycerinaldehyd‑3‑phosphat und α‑Dihydroxyacetonphosphat katalysiert (in der Gluconeogenese kann auch die Umkehrreaktion katalysiert werden) und bezieht sich damit auf die D‑Fructose‑1,6‑bisphosphat‑Aldolase. Im weiteren Sinne umfasst der Begriff Enzyme, die denselben Reaktionstyp katalysieren; beispielsweise wird auch die Rhamnosephosphat‑Aldolase zusammenfassend als Aldolase bezeichnet.

Abbildung 1. Proteinstruktur der Aldolase.

Klassifikationen

Aldolase wird hauptsächlich in vier Typen nach Abhängigkeit eingeteilt: Acetaldehyd‑abhängig, Pyruvat/Phosphoenolpyruvat‑abhängig, Glycin‑abhängig und Dihydroxyacetonphosphat‑abhängig. Die Reaktion ist eine reversible Aldolkondensation, ΔG°′ = 5,73 kcal, und stellt ein wichtiges Enzym der Glykolyse bei nahezu allen Lebewesen dar. Sie wurde aus Hefe und Skelettmuskel gereinigt. Das Standardsample aus Hefe kann durch α,α′‑Bispyridin oder Cystein inaktiviert und durch Fe²⁺, Zn²⁺, Co²⁺ und Cu²⁺ aktiviert werden, während die Enzyme aus Muskel‑ oder Pflanzengewebe nicht durch Dipyridin u. Ä. gehemmt werden. Im Skelettmuskel besitzt dieses Enzym ein Molekulargewicht von etwa 150.000 und besteht aus vier Hauptuntereinheiten. Neben der oben genannten Reaktion katalysiert Aldolase auch die Kondensation verschiedener Aldehyde mit Dihydroxyacetonphosphat. In der Natur wurden zwei Aldolase‑Typen identifiziert: ein Typ in tierischem Gewebe und ein zweiter Typ, der überwiegend von Bakterien und Pilzen gebildet wird. Der erste Aldolase‑Typ wird in Anwesenheit eines Substrats durch Natriumborhydrid gehemmt; der zweite Aldolase‑Typ wird durch EDTA gehemmt.

Mechanismus und Struktur

Proteine der Klasse I bilden protonierte Schiff‑Basen‑Zwischenprodukte, wobei das hochkonservierte Lysin im aktiven Zentrum an das Carbonyl‑Kohlenstoffatom von DHAP gebunden wird. Darüber hinaus spielen Tyrosinreste eine entscheidende Rolle bei der Stabilisierung von Wasserstoffakzeptoren. Proteine der Klasse II nutzen einen anderen Mechanismus, bei dem Carbonylgruppen durch zweiwertige Kationen (z. B. Zn²⁺) polarisiert werden können. Das Galactitol‑Operon‑Protein gatY und das N‑Acetylgalactosamin‑Operon‑Protein agaY aus E. coli sind Tagatose‑bisphosphat‑Aldolasen und homolog zu Fructose‑bisphosphat‑Aldolasen der Klasse II. Es wurde gezeigt, dass die beiden Histidinreste in der ersten Hälfte dieser homologen Sequenzen Zink binden.

Klinische Bedeutung

Die Bestimmung der Serum‑Aldolase wird hauptsächlich zur Diagnostik von Muskel‑ und Lebererkrankungen eingesetzt.

(1) Muskelerkrankungen: Die Serum‑Aldolaseaktivität ist bei Patientinnen und Patienten mit Muskeldystrophie und Polymyositis erhöht. Unter den Muskeldystrophien ist die Enzymaktivität bei Duchenne‑, Gliedergürtel‑ und distaler Form am höchsten; bei der Schulter‑Arm‑Form und der okulären Muskelform ist sie nur leicht erhöht oder normal. Im Allgemeinen nimmt die Aldolaseaktivität mit dem Alter ab; am deutlichsten steigt die Enzymaktivität in der aktiven Phase und vor dem Auftreten von Muskelatrophie an, sodass die Bestimmung für die Diagnosestellung hilfreich ist. Bei Patientinnen und Patienten mit Myokardinfarkt ist die Serum‑Aldolaseaktivität erhöht; der Gipfel wird in der Regel 24 bis 48 Stunden nach Beginn der Thoraxschmerzen erreicht. Das Veränderungsmuster entspricht dem von AST, tritt jedoch früher als bei AST auf. Bei Angina pectoris ist der Wert normal.

(2) Lebererkrankungen: Der Anstieg und Abfall der Aldolaseaktivität bei akuter Virushepatitis verläuft parallel zu ALT. Bei chronischer Hepatitis, Leberzirrhose und obstruktivem Ikterus ist die Aktivität nur geringfügig erhöht.

Literatur