Auferkamp, Oliver:

Untersuchung des Reaktionsmechanismus von Rinderleberkatalase

Duisburg, Essen (2007) (88 Bl.)
Dissertation / Fach: Chemie
Fakultät für Chemie
Groot, Herbert de (Doktorvater, Betreuerin)
Sustmann, Rainer (GutachterIn)
Dissertation
Abstract:
Das Enzym Katalase ist ein wichtiger physiologischer Schlüssel zum Abbau von toxischem H2O2. Es konnte im Rahmen der Dissertation gezeigt werden, dass die üblicherweise angenommene klassische Reaktion des Enzyms, bei der zwei Moleküle H2O2 zu insgesamt zwei Molekülen Wasser und einem Molekül Sauerstoff abgebaut werden, nur bei einem v(H2O2)/[Katalase]-Verhältnis (H2O2-Produktionsrate [µM s-1]/Katalasekonzentration [µM]) oberhalb von etwa 1 min-1 zum Tragen kommt (100 % katalatische Reaktion erfolgt erst ab einem v(H2O2)/[Katalase]-Verhältnis oberhalb von 10 min-1). Unterhalb dieses Verhältnisses kann das Enzym kaum, bzw. ab einem Verhältnis von 1 min-1 keinen Sauerstoff mehr aus H2O2 produzieren. Das hierbei zur Reduktion der gebildeten Katalase Oxoferryl-Spezies (Compound-I) notwendige Elektron kann u.a. durch die Oxidation von proteinogenen Aminosäuren freigesetzt werden („endogenous donor“). Sind Additive wie etwa NADPH oder niedermolekulare Alkohole (z.B. Ethanol) vorhanden, können auch diese zur Elektronengewinnung und damit zur Reduktion der Oxoferryl-Spezies oxidiert werden. Compound-I stellt ein starkes Oxidanz dar. Es ist jedoch fraglich, ob der klassische katalatische Zyklus der in vivo Reaktion des Enzyms entspricht, da die H2O2-Fluxe und damit die entsprechenden v(H2O2)/[Katalase]-Verhältnisse in den Zellen bzw. Zellkompartimenten unter physiologischen Bedingungen recht gering sind (in besonders katalasehaltigen Zelltypen wie etwa Erythrozyten oder Hepatozyten herrschen sehr kleine H2O2-Fluxe bei recht hohen Katalasekonzentrationen (2-3 µM Katalase in humanen Erythrozyten)).
Weiterhin konnte erstmalig gezeigt werden, dass Katalase in Gegenwart von NADPH und geringen H2O2-Fluxen, welche unterhalb von 50 nM s-1 liegen, nicht nach dem katalatischen Reaktionszyklus (wie in Gl. 1 aufgezeigt) reagiert. Außerdem wurde im Rahmen dieser Arbeit der Einfluss von Ascorbinsäure und NADPH auf den katalytischen Zyklus untersucht. Interessanterweise ist die Reaktionsgeschwindigkeit für die Reaktion mit Compound-I bei beiden Additiven nahezu identisch. Unter physiologischen Bedingungen (z.B. in Hepatozyten) ist die Konzentration von Ascorbinsäure aber um etwa 200fach höher als die von NADPH. Da Ascorbinsäure zur Compound-II Bildung führt, läge somit die komplette Katalasemenge in vivo als Compound-II vor. Als Konsequenz könnte kein H2O2 mehr abgebaut werden, da die Reaktion von Compound-II mit H2O2 sehr gering ist. Jedoch konnte gezeigt werden, dass die simultane Gabe von Ascorbinsäure und NADPH unter physiologischen Bedingungen/Konzentrationen nicht zur Bildung von Compound-II führt. Diese Erkenntnis lässt die Vermutung zu, dass die beiden Additive Ascorbinsäure und NADPH jeweils mit zwei unterschiedlichen Katalase-Intermediaten reagieren müssen, um so eine Inaktivierung zu vermeiden.
Es kann festgehalten werden, dass die Bedeutung des NADPH, als Coenzym für Katalase, in der Literatur bisher unterschätzt wurde, weil seine Fähigkeit die ascorbinsäure-vermittelte Compound-II-Bildung komplett zu unterdrücken bisher nicht bekannt war.

Dieser Eintrag ist freigegeben.