IDH

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Isocitratdehydrogenase (IDH) ist ein Enzym, das die oxidative Decarboxylierung von Isocitrat katalysiert, um α-Ketoglutarat (α-Ketoglutarat) und CO₂ zu produzieren. Dies ist ein zweistufiger Prozess, der die Oxidation von Isocitrat (sekundärer Alkohol) zu Oxalosuccinat (Keton) und dann die Decarboxylierung der Carboxylgruppe in ein Keton zur Bildung von α-Ketoglutarat umfasst. Bei Menschen existiert IDH in drei Isoformen: IDH3 katalysiert den dritten Schritt des Zitronensäurezyklus und wandelt gleichzeitig NAD⁺ in NADH in den Mitochondrien um. Die Isomere IDH1 und IDH2 katalysieren dieselbe Reaktion außerhalb des Bereichs des Zitronensäurezyklus und verwenden NADP⁺ als Cofaktor anstelle von NAD⁺. Sie sind sowohl im Zytoplasma als auch in Mitochondrien und Peroxisomen lokalisiert.

Abbildung 1. Proteinstruktur des Isocitratdehydrogenase-Dimers.

Klinische Bedeutung

Erhöht: Akute Hepatitis, chronische Hepatitis, Leberzirrhose, Leberkrebs, Lebermetastasen, Cholelithiasis, Cholezystitis, Gallenwegsobstruktion, Pankreatitis, rechtsseitige Herzinsuffizienz, Lungeninfarkt, Neugeborenengelbsucht, hämolytische Erkrankung usw.

Vermindert: Große Fläche der Leberzellnekrose.

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

Faktoren, die die ICD-Aktivität verringern: Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA), Oxalat, Natriumchlorid, Schwermetallionen, Fluorid, β-Chlorquecksilberbenzoesäure, Iodoacetat, Ba²⁺, Zn²⁺, CN -Warten.

Struktur

Die NAD-IDH besteht aus 3 Untereinheiten, wird allosterisch reguliert und benötigt ein integriertes Mg²⁺ oder Mn²⁺-Ion. Der nächste homologe Vertreter mit bekannter Struktur ist die E. coli NADP-abhängige IDH, die nur 2 Untereinheiten hat und 13% Identität und 29% Ähnlichkeit basierend auf den Aminosäuresequenzen aufweist, was sie von der menschlichen IDH unterscheidet und nicht für einen engen Vergleich geeignet macht. Alle bekannten NADP-IDHs sind Homodimere. Die meisten Isocitratdehydrogenasen sind Dimere, um genau zu sein, Homodimere (zwei identische Monomeruntereinheiten bilden eine dimerische Einheit). Im Vergleich von C. glutamicum und E. coli, Monomer und Dimer, wurde festgestellt, dass beide Enzyme "identische Reaktionen effizient katalysieren". C. glutamicum wurde jedoch mit zehnmal so viel Aktivität wie E. coli und siebenmal höherer Affinität/Spezifität für NADP aufgezeichnet. C. glutamicum bevorzugte NADP⁺ gegenüber NAD⁺.

Aktive Stelle

In Desulfotalea psychrophila (DpIDH) und Schwein (PcIDH) sind drei Substrate an die aktive Stelle gebunden.

• Isocitrat bindet innerhalb der aktiven Stelle an eine konservierte Sequenz von etwa acht Aminosäuren durch Wasserstoffbrücken. Diese Säuren umfassen (können in den Resten variieren, haben aber ähnliche Eigenschaften) Tyrosin, Serin, Asparagin, Arginin, Arginin, Arginin, Tyrosin und Lysin. Ihre Positionen am Rückgrat variieren, aber sie liegen alle in einer engen Reichweite (d.h. Arg131 DpIDH und Arg133 PcIDH, Tyr138 DpIDH und Tyr140 PcIDH).
• Das Metallion (Mg²⁺, Mn²⁺) bindet an drei konservierte Aminosäuren durch Wasserstoffbrücken. Diese Aminosäuren umfassen drei Aspartat-Reste.
• NAD⁺ und NADP⁺ binden innerhalb der aktiven Stelle in vier Regionen mit ähnlichen Eigenschaften unter IDH-Enzymen.

Regulation

Der IDH-Schritt des Zitronensäurezyklus ist normalerweise (aber nicht immer) eine irreversible Reaktion im Zitronensäurezyklus, da er eine große negative freie Energieänderung aufweist. Daher müssen sorgfältige Anpassungen vorgenommen werden, um eine Erschöpfung von Isocitrat zu vermeiden (und somit die Ansammlung von α-Ketoglutarat zu vermeiden). Die Verfügbarkeit des Substrats (Isocitrat, NAD + oder NADP⁺, Mg²⁺ / Mn²⁺), Produktinhibition (durch NADH oder NADPH außerhalb des Zitronensäurezyklus) und α-Ketoglutarat) sowie kompetitive Rückkopplungsinhibition (durch den einfachen Mechanismus der ATP-Inhibition stimuliert die Reaktion).