Kreatinase

Creatinase kann die Hydrolyse von Kreatin katalysieren und dabei Harnstoff und Sarkosin bilden. Derzeit ist das Vorkommen von Creatinase in einer Vielzahl von Bakterien nachgewiesen. Kreatinin ist das Endprodukt des Phosphokreatin-Stoffwechsels im menschlichen Körper. Es wird in den Nieren filtriert und anschließend aus dem Blut in den Urin ausgeschieden. Der Normbereich der Serum-Kreatinin-Konzentration liegt zwischen 35 und 150 μM; bei Störungen der Nieren- oder Muskelfunktion kann die Kreatinin-Konzentration jedoch auf bis zu 1000 μM ansteigen. Daher kann der Kreatinin-Gehalt in Blut und Urin die Ausscheidungsfunktion der Nieren widerspiegeln. Im Vergleich zur chemischen Bestimmung bietet die enzymatische Bestimmung mehrere Vorteile. Als Schlüsselenzym der enzymatischen Bestimmung des Kreatinin-Gehalts spielt Creatinase eine sehr wichtige Rolle in der klinischen Diagnostik der Nierenfunktion.

Abbildung 1. Proteinstruktur der Creatinase.

Quellen

Die Hauptquelle von Creatinase sind Mikroorganismen. Bei der Lösung des Problems der Kreatinin-Messmethodik wurde festgestellt, dass einige Mikroorganismen Kreatinin als wichtigste Stickstoff- und Kohlenstoffquelle für ihr Wachstum nutzen können. 1937 wurde erstmals entdeckt, dass Kreatinin durch Arthrobacter verwertet werden kann. In der Folge wurde festgestellt, dass Stämme anderer Gattungen Creatinase induzieren und in den Zellen akkumulieren können. Zu diesen Bakterien gehören Pseudomonas, Clostridium, Flavobacterium, Bacillus, Alcaligenes und Paracoccus.

Strukturforschung

Die berichtete mikrobielle Creatinase besteht aus einer einzelnen Untereinheit oder aus zwei identischen Untereinheiten mit einem Molekulargewicht im Bereich von 45 bis 51 kD. Beispielsweise beträgt das Molekulargewicht der Creatinase von P. putida var. Naraensis 94 kD; sie setzt sich aus zwei identischen 47-kD-Untereinheiten zusammen, von denen jede eine Thiolgruppe besitzt, die eng mit der Aktivität der Creatinase verbunden ist. Die Creatinase in P. putida besteht aus zwei identischen Untereinheiten, jeweils mit zwei Domänen; es wird angenommen, dass Met (157)–Ile (158)–Lys (159)–Ser (160), His (232), Glu (262) und Glu (358) wichtige Aminosäurereste sind, die die Hydrolyse von Kreatin katalysieren. Die Creatinase von Alcaligenes ist ein Enzym mit einer einzelnen Untereinheit und einem Molekulargewicht von 51 kD. Mittels molekularbiologischer Methoden wurde das Creatinase-Gen kloniert und exprimiert; die rekombinanten Enzyme waren sämtlich Enzyme mit einer einzelnen Untereinheit und Molekulargewichten im Bereich von 42 bis 50 kD.

Einfluss von Metallionen und chemischen Reagenzien auf die Aktivität der Creatinase

Der Einfluss von Metallionen und chemischen Reagenzien auf die Aktivität der Creatinase wurde beschrieben: Creatinasen unterschiedlicher Herkunft können durch 1 mM Hg²⁺, Cu²⁺ und Zn²⁺ vollständig inhibiert werden. Jede Untereinheit des Enzyms besitzt eine Thiolgruppe; diese Gruppe steht in engem Zusammenhang mit der Aktivität der Creatinase. Obwohl die Reaktionen auf Metallionen variieren, weisen alle untersuchten CREs keinen Metallionen-Aktivator auf. Darüber hinaus hat ein Metallchelator keinen Einfluss auf die Enzymaktivität, was darauf hindeutet, dass es sich nicht um ein Metalloenzym handelt.

Anwendungen

Creatinase wird in der klinischen Bestimmung des Kreatinin-Gehalts широко eingesetzt. Die Bildung und Ausscheidung von Kreatinin im Serum ist relativ stabil, sodass die Bestimmung der Serum-Kreatinin-Konzentration die glomeruläre Funktion genauer widerspiegeln kann als die Serum-Harnstoffkonzentration. Daher ist die präzise Bestimmung des Serum-Kreatinins für die klinische Diagnosestellung, die Beurteilung des Therapieansprechens und die Prognose von großer Bedeutung. Derzeit werden zur Messung von Kreatinin überwiegend Notfall-Analysegeräte für die klinische Chemie (Elektrodenmethode) sowie automatische klinisch-chemische Analysensysteme (enzymatische Methode oder Jaffé-Kinetik) eingesetzt. Diese drei Methoden beruhen auf unterschiedlichen Messprinzipien und werden zudem durch unspezifische Substanzen beeinflusst. In der Anfangszeit waren in der Klinik vor allem chemische Nachweisverfahren zur Kreatininbestimmung gebräuchlich. Diese Methode basierte hauptsächlich auf der Jaffé-Reaktion, d. h. Kreatinin reagiert unter alkalischen Bedingungen mit Pikrinsäure zu einem roten Komplex. Dessen Konzentration kann kolorimetrisch bestimmt werden. Das chemische Nachweisverfahren ist jedoch nicht spezifisch und weist eine geringe Sensitivität auf, was seine Anwendung in der klinischen Bestimmung einschränkt.

Referenzen