Abstract in Deutsch:

In Zellen liegen NADH und NADPH vorwiegend in binären Komplexen an Dehydrogenasen gebunden vor. Chan und Bielski haben durch Arbeiten mit zellfreien Systemen gezeigt, dass der binäre Lactat-Dehydrogenase-NADH-Komplex anders als das ungebundene Coenzym schnell mit Superoxidanionen (O2 •–) reagiert. Hierbei induziert und propagiert das Superoxidanion eine radikalische Kettenreaktion, in der das an die LDH gebundene NADH oxidiert wird. Im Rahmen der Kettenreaktion wird das Superoxid regeneriert und ein Wasserstoffperoxidmolekül pro Zyklus freigesetzt. In der vorliegenden Arbeit wurde die Reaktivität des LDH-gebundenen und des freien NADHs auch gegenüber anderen Oxidantien als O2 •– (O2, H2O2, HNO2 und authentisches/in situ generiertes Peroxynitrit) vergleichend untersucht. Zudem sollte die Frage geklärt werden, ob diese Oxidantien ebenfalls in der Lage sind, eine radikalische Kettenreaktion zu initiieren und ggf. zu propagieren. Da die Coenzymbindungsstellen der NAD(P)(H)-abhängigen Dehydrogenasen strukturell sehr ähnlich konstruiert sind und damit auch der Einfluss der Dehydrogenasen auf das Coenzym ähnlich sein sollte, wurden neben der LDH noch weitere Dehydrogenasen untersucht: Alkohol-Dehydrogenase (ADH), Aldehyd-Dehydrogenase (AlDH), Glycerinaldehyd-3-phosphat-Dehydrogenase (GAPDH), Glucose-6-phosphat- Dehydrogenase (G6-PDH), Glutamat-Dehydrogenase (GlDH), Isocitrat-Dehydrogenase (ICDH) und Malat-Dehydrogenase (MDH). Die LDH steigerte die durch O2, H2O2, HNO2 und Peroxynitrit vermittelte Oxidation von NADH, nicht jedoch die von NADPH. Die Steigerung der NADH-Oxidation durch die LDH konnte in allen Fällen durch Superoxid-Dismutase (SOD) unterbunden werden, was auf eine Beteiligung von Superoxid schließen ließ. Unter zur Hilfenahme kinetischer Simulationen konnte zwischen dem Modus der NADH-Oxidation durch einerseits starke (= hochreaktive) und andererseits schwache (= weniger reaktive) Oxidantien unterschieden werden. Starke Oxidantien wie Peroxynitrit reagierten vorwiegend mit dem anfänglich in höherer Konzentration vorliegenden, ungebundenen NADH, wohingegen schwache Oxidantien wie O2, H2O2 und HNO2 nahezu ausschließlich mit dem LDH-gebundenen NADH reagierten. In beiden Fällen reduzierte das entstehende NAD•-Radikal molekularen Sauerstoff zu O2 •–, das wiederum die radikalische Kettenreaktion propagierte. Mit wenigen Ausnahmen steigerten auch alle anderen untersuchten Dehydrogenasen die Oxidation ihres physiologischen Coenzyms durch wenigstens ein Oxidans. Ob und wie schnell NADH bzw. NADPH oxidiert wurde, hing von der Coenzym-bindenden Dehydrogenase und von der Art und Konzentration des applizierten Oxidans ab. Im Unterschied zu den Versuchen mit der LDH wurde die gesteigerte NAD(P)H-Oxidation in Gegenwart von ADH, AlDH, G6-PDH, GAPDH und MDH durch SOD weder eingeschränkt noch verhindert. Dies deutet darauf hin, dass die binären Deydrogenase-Coenzym-Komplexe zwar bimolekular mit den Oxidantien (O2, H2O2, HNO2) reagierten, es aber zu keiner Reaktion mit Superoxid und folglich auch zu keiner Superoxid-vermittelten radikalischen Kettenoxidation (Kettenreaktion) des Coenzyms kam. Eine vergleichbar schnelle Reaktion, wie die von Chan und Bielski gefundene Reaktion des binären LDH-NADH-Komplexes mit Superoxid (k = 3,6 × 104 M-1s-1), konnte bei keiner anderen Dehydrogenase beobachtet werden. Die Bedeutung dieser in vitro gefundenen Mechanismen für das Redox-Gleichgewicht der Zelle ist derzeit noch unklar. Weiterführende intrazelluläre Untersuchungen sind hierfür erforderlich. Dennoch deutet einiges darauf hin, dass diese durch binäre Dehydrogenase-Coenzym-Komplexe vermittelte Steigerung der Reaktivität gegenüber Oxidantien sowie die von LDH-NADH und GAPDH-NADH gezeigten radikalischen Kettenreaktionen durchaus eine wichtige Rolle in Hypoxie-/Reoxygenierungsschädigungssystemen spielen können.