IDH

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Isocitrat-Dehydrogenase (IDH) ist ein Enzym, das die oxidative Decarboxylierung von Isocitrat katalysiert und dabei α‑Ketoglutarat (α‑Ketoglutarat) und CO₂ bildet. Es handelt sich um einen zweistufigen Prozess, der die Oxidation von Isocitrat (sekundärer Alkohol) zu Oxalosuccinat (Keton) und anschließend die Decarboxylierung der Carboxylgruppe zu einem Keton zur Bildung von α‑Ketoglutarat umfasst. Beim Menschen liegt IDH in drei Isoformen vor: IDH3 katalysiert den dritten Schritt des Citratzyklus und wandelt dabei in den Mitochondrien gleichzeitig NAD⁺ in NADH um. Die Isoformen IDH1 und IDH2 katalysieren dieselbe Reaktion außerhalb des Citratzyklus und verwenden NADP⁺ als Kofaktor anstelle von NAD⁺. Sie sind im Zytoplasma sowie in Mitochondrien und Peroxisomen lokalisiert.

Abbildung 1. Proteinstruktur des Isocitrat-Dehydrogenase-Dimers.

Klinische Bedeutung

Erhöht: Akute Hepatitis, chronische Hepatitis, Leberzirrhose, Leberkarzinom, Lebermetastasen, Cholelithiasis, Cholezystitis, Gallengangsobstruktion, Pankreatitis, Rechtsherzinsuffizienz, Lungeninfarkt, Neugeborenenikterus, hämolytische Erkrankungen usw.

Erniedrigt: Ausgedehnte Leberzellnekrose.

Faktoren, die zu einer erhöhten ICD-Aktivität führen: Hämolyse, Mn²⁺, Co²⁺, Mg²⁺, Aminosalicylsäure, Amphotericin B, Androgene, Anästhetika, Tetrachlorkohlenstoff, Chenodesoxycholsäure, Chlorpromazin (Chloropromazin) Oxazin), Ethanol, Isoniazid, Methotrexat, Butazon.

Faktoren, die eine Abnahme der ICD-Aktivität verursachen: Ethylenediamintetraessigsäure (EDTA), Oxalat, Natriumchlorid, Schwermetallionen, Fluorid, β‑Chlormercuribenzoesäure, Iodoacetat, Ba²⁺, Zn²⁺, CN -Warten.

Struktur

Die NAD‑IDH besteht aus 3 Untereinheiten, wird allosterisch reguliert und erfordert ein gebundenes Mg²⁺- oder Mn²⁺-Ion. Das nächstverwandte Homolog mit bekannter Struktur ist die NADP‑abhängige IDH aus E. coli, die nur 2 Untereinheiten aufweist und auf Basis der Aminosäuresequenzen 13 % Identität und 29 % Ähnlichkeit zeigt; damit unterscheidet sie sich deutlich von der humanen IDH und ist für einen engen Vergleich nicht geeignet. Alle bekannten NADP‑IDHs sind Homodimere. Die meisten Isocitrat-Dehydrogenasen sind Dimere, genauer gesagt Homodimere (zwei identische Monomer-Untereinheiten, die eine dimerische Einheit bilden). Beim Vergleich von C. glutamicum und E. coli (Monomer bzw. Dimer) wurde festgestellt, dass beide Enzyme „identische Reaktionen effizient katalysieren“. Für C. glutamicum wurde jedoch eine zehnfach höhere Aktivität als für E. coli sowie eine siebenfach höhere Affinität/Spezifität für NADP dokumentiert. C. glutamicum bevorzugte NADP⁺ gegenüber NAD⁺.

Aktives Zentrum

Bei Desulfotalea psychrophila (DpIDH) und der porzinen IDH (PcIDH) sind drei Substrate an das aktive Zentrum gebunden.

• Isocitrat bindet im aktiven Zentrum über Wasserstoffbrücken an eine konservierte Sequenz von etwa acht Aminosäuren. Diese Aminosäuren umfassen (können in den Resten variieren, weisen jedoch ähnliche Eigenschaften auf) Tyrosin, Serin, Asparagin, Arginin, Arginin, Arginin, Tyrosin und Lysin. Ihre Positionen im Backbone variieren, liegen jedoch alle in engem räumlichem Bereich (z. B. Arg131 DpIDH und Arg133 PcIDH, Tyr138 DpIDH und Tyr140 PcIDH).
• Das Metallion (Mg²⁺, Mn²⁺) bindet über Wasserstoffbrücken an drei konservierte Aminosäuren. Diese Aminosäuren umfassen drei Aspartat-Reste.
• NAD⁺ und NADP⁺ binden im aktiven Zentrum in vier Regionen, die unter IDH-Enzymen ähnliche Eigenschaften aufweisen.

Regulation

Der IDH-Schritt im Citratzyklus ist üblicherweise (jedoch nicht immer) eine irreversible Reaktion, da er mit einer stark negativen Änderung der freien Energie einhergeht. Daher sind sorgfältige Anpassungen erforderlich, um eine Depletion von Isocitrat (und damit eine Akkumulation von α‑Ketoglutarat) zu vermeiden. Einflussfaktoren sind die Substratverfügbarkeit (Isocitrat, NAD⁺ oder NADP⁺, Mg²⁺/Mn²⁺), Produkthemmung (durch NADH bzw. NADPH außerhalb des Citratzyklus) und α‑Ketoglutarat) sowie kompetitive Feedback-Hemmung (durch den einfachen Mechanismus der ATP-Hemmung, der die Reaktion stimuliert).