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Mitochondrielle NADH Dehydrogenase Das Enzym NADH Dehydrogenase Nicotinamidadenindinukleotid Dehydrogenase genauer NADH

Mitochondrielle NADH-Dehydrogenase

Das Enzym NADH-Dehydrogenase (Nicotinamidadenindinukleotid-Dehydrogenase), genauer NADH : Coenzym Q Oxidoreduktase (systematischer Name), auch Komplex I der mitochondrialen Atmungskette genannt, ist eine Translokase. Das Enzym katalysiert in einer gekoppelten Reaktion die Oxidation von NADH mit der Reduktion von Coenzym Q und verbindet dies mit der Translokation von Protonen aus dem Matrixraum (innen) in den Intermembranraum (außen) des Mitochondriums:

Mitochondrielle NADH-Dehydrogenase
Schematische Darstellung von Komplex I in der inneren Mitochondrienmembran
Masse/Länge Primärstruktur ca. 1000 kDa
Bezeichner
Gen-Name(n) NDH
Transporter-Klassifikation
TCDB 3.D.1
Bezeichnung Protonentranslozierende NADH-Dehydrogenase
Enzymklassifikation
EC, Kategorie 7.1.1.2, Translokase
Reaktionsart Redoxreaktion
Substrat NADH + Ubichinon
Produkte NAD+ + Ubichinol

Mechanismus Bearbeiten

Die Redoxreaktionen finden alle im hydrophilen, peripheren Arm des Komplexes statt, der in die Mitochondrienmatrix hineinragt. NADH bindet an der Spitze dieses Arms in der Nukleotidbindestelle und gibt zwei Elektronen an den Kofaktor FMN ab und wird dadurch zu NAD+ oxidiert. Die Elektronen durchlaufen dann die Elektronentransportkette, deren Zentren allerdings jeweils nur ein Elektron aufnehmen, so dass die Elektronen nun aufgeteilt werden: eins wird auf das Eisen-Schwefel-Zentrum N1a übertragen, das andere auf das Eisen-Schwefel-Zentrum N3 und von dort aus weiter über N1b, N4, N5, N6a, und N6b auf das Eisen-Schwefel-Zentrum N2. Von diesem letzten Zentrum der Elektronentransportkette wird das Elektron auf das zweite Substrat Ubichinon übertragen, das zusammen mit dem zweiten Elektron, das dann ebenfalls denselben Weg geht, zu Ubichinol reduziert wird. Die einzige funktionelle Bindestelle für Ubichinon befindet sich an der Kontaktstelle des hydrophilen und hydrophoben Teils.

Der (hydrophobe) Membranarm des Komplexes besteht unter anderem aus drei Antiporter-ähnlichen Untereinheiten, von denen vermutet wird, dass sie in die Translokation von Protonen involviert sind. Der genaue Mechanismus der Translokation ist jedoch noch nicht geklärt. Bei den letzten beiden Schritten der Elektronentransportkette, bei der Übertragung der Elektronen auf N2 und auf Ubichinon, wird der größte Teil der Energie frei, so dass von hier auf noch unbekannte Art die Energie auf die Antiporter-ähnlichen Untereinheiten übertragen wird.

Inhibitoren Bearbeiten

Rotenon und Piericidin A sind zwei Inhibitoren, die strukturelle Ähnlichkeit zu Ubichinon aufweisen und die Ubichinonbindestelle blockieren, der Elektronentransfer wird somit unterbrochen. Weitere Inhibitoren sind Amytal und Asimicin. Ein NADH-analoger Inhibitor, der die Nukleotidbindestelle blockiert, ist Adenosindiphosphatribose. Neue Untersuchungen zeigen, dass das orale Antidiabetikum Metformin aus der Gruppe der Biguanide ein schwacher, aber selektiver Inhibitor des Komplex 1 in menschlichen Hepatozyten darstellt. Dies führt zu einem Anstieg des zellulären AMP/ATP-Quotienten, was eine Aktivierung der AMP-abhängigen Kinase zur Folge hat. Diese Aktivierung der AMPK hat vielfältige Auswirkungen auf den Kohlenhydrat- und Lipidstoffwechsel.

In Pflanzen hat sich als Alternativenzym die NAD(P)H-Dehydrogenase gebildet, die Rotenon-insensitiv ist.

Siehe auch Bearbeiten

Weitere Enzym-Komplexe der mitochondrialen Atmungskette:

Literatur Bearbeiten

  • Sazanov, L.A. & Hinchliffe, P. (2006): Structure of the hydrophilic domain of respiratory complex I from Thermus thermophilus. In: Science. Bd. 311, S. 1430–1436. PMID 16469879
  • Brandt, U. (2006): Energy converting NADH:quinone oxidoreductase (complex I). In: Annu. Rev. Biochem. Bd. 75, S. 69–92. PMID 16756485.
  • Flemming, D. & Friedrich, T. (2005): Die modulare Evolution eines Enzymkomplexes (PDF; 397 kB). In: Bioforum. Jg. 2005, Nr. 6.

Weblinks Bearbeiten

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Veröffentlichungsdatum:
Das Enzym NADH Dehydrogenase Nicotinamidadenindinukleotid Dehydrogenase genauer NADH Coenzym Q Oxidoreduktase systematischer Name auch Komplex I der mitochondrialen Atmungskette genannt ist eine Translokase Das Enzym katalysiert in einer gekoppelten Reaktion die Oxidation von NADH mit der Reduktion von Coenzym Q und verbindet dies mit der Translokation von Protonen aus dem Matrixraum innen in den Intermembranraum aussen des Mitochondriums Mitochondrielle NADH DehydrogenaseSchematische Darstellung von Komplex I in der inneren MitochondrienmembranMasse Lange Primarstruktur ca 1000 kDaBezeichnerGen Name n NDHTransporter KlassifikationTCDB 3 D 1Bezeichnung Protonentranslozierende NADH DehydrogenaseEnzymklassifikationEC Kategorie 7 1 1 2 TranslokaseReaktionsart RedoxreaktionSubstrat NADH UbichinonProdukte NAD Ubichinol NADH Ubichinon 5 H innen NAD Ubichinol 4 H aussenInhaltsverzeichnis 1 Mechanismus 2 Inhibitoren 3 Siehe auch 4 Literatur 5 WeblinksMechanismus BearbeitenDie Redoxreaktionen finden alle im hydrophilen peripheren Arm des Komplexes statt der in die Mitochondrienmatrix hineinragt NADH bindet an der Spitze dieses Arms in der Nukleotidbindestelle und gibt zwei Elektronen an den Kofaktor FMN ab und wird dadurch zu NAD oxidiert Die Elektronen durchlaufen dann die Elektronentransportkette deren Zentren allerdings jeweils nur ein Elektron aufnehmen so dass die Elektronen nun aufgeteilt werden eins wird auf das Eisen Schwefel Zentrum N1a ubertragen das andere auf das Eisen Schwefel Zentrum N3 und von dort aus weiter uber N1b N4 N5 N6a und N6b auf das Eisen Schwefel Zentrum N2 Von diesem letzten Zentrum der Elektronentransportkette wird das Elektron auf das zweite Substrat Ubichinon ubertragen das zusammen mit dem zweiten Elektron das dann ebenfalls denselben Weg geht zu Ubichinol reduziert wird Die einzige funktionelle Bindestelle fur Ubichinon befindet sich an der Kontaktstelle des hydrophilen und hydrophoben Teils Der hydrophobe Membranarm des Komplexes besteht unter anderem aus drei Antiporter ahnlichen Untereinheiten von denen vermutet wird dass sie in die Translokation von Protonen involviert sind Der genaue Mechanismus der Translokation ist jedoch noch nicht geklart Bei den letzten beiden Schritten der Elektronentransportkette bei der Ubertragung der Elektronen auf N2 und auf Ubichinon wird der grosste Teil der Energie frei so dass von hier auf noch unbekannte Art die Energie auf die Antiporter ahnlichen Untereinheiten ubertragen wird Inhibitoren BearbeitenRotenon und Piericidin A sind zwei Inhibitoren die strukturelle Ahnlichkeit zu Ubichinon aufweisen und die Ubichinonbindestelle blockieren der Elektronentransfer wird somit unterbrochen Weitere Inhibitoren sind Amytal und Asimicin Ein NADH analoger Inhibitor der die Nukleotidbindestelle blockiert ist Adenosindiphosphatribose Neue Untersuchungen zeigen dass das orale Antidiabetikum Metformin aus der Gruppe der Biguanide ein schwacher aber selektiver Inhibitor des Komplex 1 in menschlichen Hepatozyten darstellt Dies fuhrt zu einem Anstieg des zellularen AMP ATP Quotienten was eine Aktivierung der AMP abhangigen Kinase zur Folge hat Diese Aktivierung der AMPK hat vielfaltige Auswirkungen auf den Kohlenhydrat und Lipidstoffwechsel In Pflanzen hat sich als Alternativenzym die NAD P H Dehydrogenase gebildet die Rotenon insensitiv ist Siehe auch BearbeitenWeitere Enzym Komplexe der mitochondrialen Atmungskette Komplex II auch Succinat Dehydrogenase Komplex III auch Cytochrom c Reduktase Komplex IV auch Cytochrom c Oxidase Komplex V auch ATP SynthaseLiteratur BearbeitenSazanov L A amp Hinchliffe P 2006 Structure of the hydrophilic domain of respiratory complex I from Thermus thermophilus In Science Bd 311 S 1430 1436 PMID 16469879 Brandt U 2006 Energy converting NADH quinone oxidoreductase complex I In Annu Rev Biochem Bd 75 S 69 92 PMID 16756485 Flemming D amp Friedrich T 2005 Die modulare Evolution eines Enzymkomplexes PDF 397 kB In Bioforum Jg 2005 Nr 6 Weblinks BearbeitenComplex I Homepage Complex I Memento vom 30 August 2005 im Internet Archive Complex I Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Mitochondrielle NADH Dehydrogenase amp oldid 236015084