Coenzym A
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| Allgemeines | ||||||||||||||||||||||
| Name | Coenzym A | |||||||||||||||||||||
| Andere Namen | ||||||||||||||||||||||
| Summenformel | C21H36N7O16P3S | |||||||||||||||||||||
| Kurzbeschreibung |
beiger Feststoff[2] | |||||||||||||||||||||
| Externe Identifikatoren/Datenbanken | ||||||||||||||||||||||
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| Eigenschaften | ||||||||||||||||||||||
| Molare Masse | 767,53 g·mol−1 | |||||||||||||||||||||
| Aggregatzustand |
fest[2] | |||||||||||||||||||||
| Sicherheitshinweise | ||||||||||||||||||||||
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| Soweit möglich und gebräuchlich, werdenSI-Einheitenverwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten beiStandardbedingungen(0 °C, 1000 hPa). | ||||||||||||||||||||||
Coenzym A(auchKoenzym A,kurzCoAoderCoASH) ist einCoenzym,das zur „Aktivierung “vonAlkansäurenund derenDerivatendient und unmittelbar amFettstoffwechselsowie mittelbar am Zucker- und amProteinstoffwechselbeteiligt ist.
Es istAcylgruppenüberträgerin Acyltransferasen(E.C. 2.3.N.N.) und CoA-Transferasen (E.C. 2.8.3.N).
Die Isolierung gelang erstmals im Jahr 1951 durch den deutschen Biochemiker und späteren NobelpreisträgerFeodor Lynenin Form von Acetyl-Coenzym A („aktivierte Essigsäure “) aus Hefezellen. Die Aufklärung der Struktur erfolgte zwei Jahre später durchJames Baddileyvom britischenLister Institute of Preventive MedicineundFritz Albert Lipmannvon derHarvard University.
Struktur
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]Das Coenzym-A-Molekül setzt sich aus mehreren Komponenten zusammen: dazu gehören einNukleotid(Adenosindiphosphat,ADP), einVitamin(Pantothensäure,Vitamin B5) sowie eine Aminosäure (Cystein), die während der Synthese im Körper miteinander verknüpft und anschließend noch leicht modifiziert werden.
Im Detail besteht das fertige Coenzym A ausCysteamin(auch Thioethanolamin) (5),β-Alanin(4),Pantoinsäure(2,4-Dihydroxy-3,3-dimethylbuttersäure) (3), Diphosphat (2) und 3'-phosphoryliertemAdenosin(1).
β-Alanin (4) und Pantoinsäure (3) zusammen bezeichnet man auch als Pantothensäure. Betrachtet man diese zusammen mit dem Cysteamin (5), spricht man vomPantethein(5+4+3). 3'-Phospho-Adenosin kann man zusammen mit dem Diphosphat als 3'-Phospho-Adenosindiphosphat auffassen. Demnach besteht Coenzym A aus Pantethein und 3'-Phospho-ADP.
Biosynthese
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]Die Synthese im tierischen Organismus geht aus von der essentiellen Pantothensäure, an die zunächst mithilfe derPantothenatkinaseeine Phosphorylgruppe, und anschließend mithilfe derPhosphopantothenat-Cystein-Ligaseein Cystein gebunden wird. Nachdem das Cystein durch diePhosphopantothenoylcystein-Decarboxylasezum Cysteamin decarboxyliert wurde, wird an die Phosphatgruppe einAdenosinmonophosphat(AMP) geknüpft und zuletzt wird das Adenosin an der 3'-OH-Gruppe phosphoryliert. Die letzten beiden Schritte werden von verschiedenenDomänenderCoenzym-A-Synthasekatalysiert.
Zu den detaillierten Vorgängen bei der Synthese inklusive Strukturformeln siehe den Abschnitt Weblinks.
Funktion
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]Das Coenzym A ist in der Lage, energiereiche Verbindungen über dieSH-Gruppe(Thiolgruppe) des Cysteamin-Anteils einzugehen. Diese Verbindungen geht sie mit denCarboxygruppen(-COOH) von Alkan- und Fettsäuren unter Bildung von sogenanntenThioesterbindungenein.
Coenzym A ist dadurch direkt – als Acyl-CoA – am Stoffwechsel der Fette und indirekt – als Acetyl-CoA – am Kohlenhydrat- und Eiweißstoffwechsel beteiligt.
Man spricht davon, dass Coenzym A die Bindungspartner durch die Bildung der energiereichen Thioesterbindung aktiviert, denn erst hierdurch sind sie in der Lage, bestimmte chemische Reaktionen im Körper in ausreichender Geschwindigkeit einzugehen. Ohne Coenzym A wären die Bindungspartner wesentlich reaktionsträger.
Acetyl-CoA
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Acetyl-Coenzym A (kurz Acetyl-CoA) ist ein „aktivierter “Essigsäurerest(CH3CO-). Dieser ist an die SH-Gruppe des Cysteamin-Anteils von Coenzym A gebunden.
Acetyl-CoA entsteht im Organismus bei mehreren Stoffwechselvorgängen:
- Zum einen wird es durch die sogenannteoxidative DecarboxylierungvonPyruvat,welches seinerseits als Endprodukt derGlykolyseanfällt, gebildet, aber auch durch den Abbau vonAminosäuren(wie z. B.L-Alanin). Die oxidative Decarboxylierung des Pyruvats findet imMitochondriumstatt. Dort katalysiert derPyruvatdehydrogenase-Enzymkomplex die Abspaltung von Kohlendioxid CO2(die Carboxygruppe wird abgespalten, daher „Decarboxylierung “) und gleichzeitig die Verknüpfung des übrigbleibenden Acetylrests mit der SH-Gruppe des Coenzym A. Dabei wird das ursprünglich mittlere C-Atom des Pyruvats oxidiert (daher „oxidativ “).
- Außerdem entsteht Acetyl-CoA beimAbbau von Fettsäurenim Rahmen derβ-Oxidation.Hier werden von der Fettsäure nacheinander immer zwei Kohlenstoffatome in Form von Acetyl-CoA abgespalten. So entstehen z. B. beim Abbau vonPalmitinsäuremit 16 C-Atomen im Rahmen der β-Oxidation acht Moleküle Acetyl-CoA. Auch dieser Vorgang findet in der Mitochondrien-Matrix statt.
- Im assimilatorischen Stoffwechsel vielerAnaerobiertritt es außerdem als Produkt desreduktiven Acetyl-CoA-Wegssowie desreduktiven Citratzyklusauf.
Das gebildete Acetyl-CoA kann imMitochondriumdurchCitratzyklusundAtmungskettekomplett zu CO2und H2O abgebaut werden oder aber erneut zur Synthese energiereicher Verbindungen wieTriglyceride,KetonkörperoderCholesterinherangezogen werden. DieseanabolenProzesse finden teils imZytosolstatt (z. B.Fettsäuresynthese), jedoch kann das Acetyl-CoA nicht ohne weiteres das Mitochondrium verlassen und auch die Transportwege für längerkettige Carbonsäuren (s. u.) sind ihm versperrt. Für den Transport von Acetyl-CoA aus dem Mitochondrium in das Zytosol gibt es daher ein spezielles Transportsystem, das sogenannteCitrat-Shuttle.
Acyl-CoA
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]Acyl-Coenzym A (kurz Acyl-CoA) ist die Bezeichnung für eine „aktivierte “Fettsäure.Analog zum Acetyl-CoA ist hier statt eines Acetylrests der Rest einer Fettsäure – ein Acylrest – an die SH-Gruppe gebunden.
Acyl-CoA ist am Abbau der Fettsäuren (β-Oxidation) beteiligt, indem es die Fettsäure bindet. Bei der Synthese von Fettsäuren im Körper übernimmt eine strukturell verwandteprosthetische Gruppeder Fettsäuresynthase – Acyl-Carrier-Protein genannt (kurz ACP) – die Rolle des Coenzyms A.
Gebildet wird Acyl-CoA durch das Enzym Acyl-CoA-Synthetase (auch Thiokinase), dies geschieht imCytosol.Zunächst reagiert die freie Fettsäure an der Carboxygruppe (-COOH) mitATPunter Abspaltung vonDiphosphat.Es entsteht das sogenannte Acyl-Adenylat. Die Energie dieser Bindung wird anschließend genutzt, um das Coenzym A mit der Fettsäure zu verestern, dabei wirdAMPabgespalten. Beide Schritte werden durch die Thiokinase katalysiert.
Zum Fettsäureabbau muss das Acyl-CoA in die Mitochondrien transportiert werden. Ebenso wie Acetyl-CoA kann Acyl-CoA nicht selbständig die innere Mitochondrienmembran überwinden und wird zum Transport aufL-Carnitinübertragen. Von dieser Acyl-Carnitin genannten Transportform wird der Acylrest im Mitochondrieninnern wieder auf ein Coenzym A übertragen, so dass erneut Acyl-CoA vorliegt.
Aus Acyl-CoA werden Fettalkohole gebildet, die beispielsweise für die Synthese vonBienenwachsdurch dieHonigbienegenutzt werden.[3]
Propionyl-CoA
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Propionyl-CoA entsteht im Stoffwechsel bei mehreren Gelegenheiten. Der bekannteste Weg ist der Abbau (β-Oxidation) von ungeradzahligenFettsäuren.Nach wiederholter Abspaltung einer Einheit von zwei Kohlenstoffatomen in Form von Acetyl-CoA bleibt am Schluss eine Einheit von drei Kohlenstoffatomen in Form von Propionyl-CoA übrig. Aber auch beim Abbau von Fettsäuren mitMethyl-Verzweigungen entsteht Propionyl-CoA. Das betrifft auch den Abbau der verzweigten Seitenkette desCholesterins,wie er bei der Biosynthese derGallensäurenstattfindet – dabei wird ebenfalls Propionyl-CoA abgespalten. Eine sehr bedeutende Quelle für Propionyl-CoA stellt der Abbau derAminosäurenIsoleucin,ValinundMethioninsowie der Hauptabbauweg vonThreonindar.[4]
Propionyl-CoA wird zuSuccinyl-CoAumgewandelt, das dann in denCitratzykluseintreten kann und zu dessenAuffüllungbeiträgt. Dazu wird Propionyl-CoA zunächst von der vonBiotinabhängigenPropionyl-CoA-CarboxylasezuD-Methylmalonyl-CoAumgesetzt. DieMethylmalonyl-CoA-Epimerase[5]erzeugt dann dasL-Isomer. Dieses wiederum wird von derMethylmalonyl-CoA-Mutase,deren Funktion vonCobalaminabhängt, in Succinyl-CoA umgewandelt.[6]
Aber auch bei derFettsäuresynthesespielt Propionyl-CoA eine Rolle. Der Aufbau von ungeradzahligen Fettsäuren startet mit Propionyl-CoA. Methyl-Verzweigungen innerhalb einer Fettsäurekette können durch Kettenverlängerung mit Methylmalonyl-CoA erzeugt werden, das durch die Propionyl-CoA-Carboxylase aus Propionyl-CoA entsteht.[7]
Einzelnachweise
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]- ↑Eintrag zuCOENZYME Ain derCosIng-Datenbankder EU-Kommission, abgerufen am 28. Dezember 2020.
- ↑abcdDatenblattCoenzyme A hydrate, ≥85% (UV, HPLC)beiSigma-Aldrich,abgerufen am 18. April 2017 (PDF).
- ↑Janine Hellenbrand:Charakterisierung von Acyl-CoA-Reduktasen.Dissertation, RWTH Aachen, 2012.
- ↑D. Doenecke, J. Koolman, G. Fuchs, W. Gerok:Karlsons Biochemie und Pathobiochemie.15. Auflage. Georg Thieme Verlag, Stuttgart 2005; S. 214f, 219ff, 281, 328fISBN 978-3-13-357815-8.
- ↑EintragEC5.1.99.1in der EnzymdatenbankBRENDA
- ↑J. M. Berg, J. L. Tymoczko, L. Stryer:Biochemie.6. Auflage. Spektrum Akademischer Verlag, Elsevier GmbH, München 2007; S. 697f, 741f, 744f;ISBN 978-3-8274-1800-5.
- ↑K. Urich:Comparative Animal Biochemistry.Springer Verlag, Berlin 1994; S. 564f;ISBN 3-540-57420-4.
Quellen
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]- Biochemie des Menschen, Florian Horn e.a., 3. Auflage, Thieme Verlag 2005,ISBN 3-13-130883-4
