Pyruvatoxidase

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In der Enzymologie ist die Pyruvatoxidase ein Enzym, das chemische Reaktionen katalysiert. Die drei Substrate des Enzyms sind Pyruvat, Phosphat und O₂, und die drei Produkte sind Acetylphosphat, CO₂ und H₂O₂. Dieses Enzym gehört zur Familie der Oxidoreduktasen, insbesondere zu denen, die Sauerstoff als Akzeptor verwenden und auf die Aldehyd- oder Oxogruppe des Donors wirken. Der systematische Name dieser Enzymklasse lautet Pyruvat:2-Oxygen-Oxidoreduktase (Phosphorylierung). Weitere gebräuchliche Bezeichnungen sind Pyruvatoxidase und phosphatabhängige Pyruvatoxidase. Dieses Enzym ist am Pyruvatstoffwechsel beteiligt. Es besitzt zwei Kofaktoren: FAD und Thiamindiphosphat.

Einleitung

Pyruvatoxidase wurde aus Escherichia coli in kristalliner Form und in hohem Reinheitsgrad isoliert. Pyruvatoxidase bindet sowohl Flavin-Adenin-Dinukleotid als auch Thiaminpyrophosphat als prosthetische Gruppen. Molekulargewichtsbestimmungen zeigen, dass die kristalline Oxidase in Lösung als Tetramer vorliegt. Das minimale Molekulargewicht der Oxidase, basierend auf dem Gehalt an Flavin-Adenin-Dinukleotid, beträgt 66.000, während das Molekulargewicht der Oxidase, gemessen mittels Gleichgewichtssedimentation, etwa 265.000 beträgt. Diese Arbeit berichtet über die spektralen Eigenschaften, die Aminosäurezusammensetzung, die kinetischen Konstanten sowie einige der enzymatischen Aktivitäten der kristallinen Oxidase.

Forschung

In Proteus hemolyticus wurde ein neuer Typ der Pyruvatoxidase entdeckt, der in Gegenwart von Pyruvat, Sauerstoff und FAD die Acetylierung von CoA katalysieren kann. Das Enzym wurde durch Zentrifugation, Ammoniumsulfatfällung und Hydroxylapatit-Chromatographie partiell gereinigt. Es wurde festgestellt, dass die Enzymaktivität aus zwei Anteilen besteht. Das Verhältnis des vom gereinigten Enzym verbrauchten Sauerstoffs zum gebildeten Acetyl-CoA beträgt 1. In Gegenwart eines Überschusses an Katalase ist die Rate der Sauerstoffaufnahme halbiert. Daher wird folgende Reaktion angenommen: Brenztraubensäure + CoA + O2 = Acetyl-CoA + CO2 + H2O2. Für dieses neue Enzym schlugen die Forschenden die Abkürzung Pyruvatoxidase (CoA-Acetylierung) vor.

Anwendungen

Pyruvatoxidase wurde als Hilfsenzym für Mikrotiterplatten-Reader, halbautomatische Analysatoren, automatische Dualreagenz-Analysatoren sowie für manuelle Methoden eingesetzt. Pyruvatoxidase setzt endogenes Pyruvat in der Probe um und erzeugt dabei Wasserstoffperoxid; Wasserstoffperoxid bildet unter der Wirkung von Katalase Wasser und Sauerstoff, wodurch endogenes Pyruvat in der Probe verbraucht wird. Nach Aufnahme von Arsen in den Körper weist dieses protoplasmatische Gift eine hohe Affinität zu Sulfhydrylgruppen von Proteinen auf. Insbesondere durch Bindung an die Sulfhydrylgruppe der Pyruvatoxidase entsteht ein Komplex aus Pyruvatoxidase und Arsen, der das Enzym inaktiviert, den normalen Zellstoffwechsel beeinträchtigt und zum Zelltod führt. Bei Beteiligung von Inosin wirkt dieses am Nukleinsäurestoffwechsel, am Energiestoffwechsel und an der Proteinsynthese im Körper mit. Inosin kann direkt durch die Zellmembran in Körperzellen eintreten, Pyruvatoxidase aktivieren und die Aktivität von Coenzym A erhöhen, sodass Zellen in einem energiearmen hypoxischen Zustand den Stoffwechsel weiterhin reibungslos aufrechterhalten können; es unterstützt die Wiederherstellung der Leberzellfunktion, stimuliert die Antikörperbildung im Körper und fördert die Eisenresorption im Darm. Zudem ist es am menschlichen Energiestoffwechsel und an der Proteinsynthese beteiligt. Der von der inneren Membran und den Cristae der Mitochondrienmatrix umschlossene innere Mitochondrienraum enthält zahlreiche Proteine und Lipide. In der Matrix sind ebenfalls die Enzyme vorhanden, die die Oxidation von Fettsäuren und Pyruvat im Tricarbonsäurezyklus katalysieren, was für Tricarbonsäuren vorteilhaft ist.