Der Ketoglutarat-Dehydrogenase-Komplex ist ein multienzymatisches Proteinkomplex, der eine wichtige Rolle im Citratzyklus (auch als Krebs-Syrgent-Zyklus bekannt) spielt. Er katalysiert die irreversible Oxidative Decarboxylierung von α-Ketoglutarat zu Succinyl-CoA in zwei Schritten.

Im ersten Schritt wird α-Ketoglutarat decarboxyliert und in ein Thioester-Intermediat umgewandelt, wobei Kohlendioxid freigesetzt wird. Dieser Schritt wird von der E1-Untereinheit (Ketoglutarat-Decarboxylase) katalysiert.

Im zweiten Schritt wird das Thioester-Intermediat zu Succinyl-CoA weiteroxidiert und reduziertes Nicotinamidadenindinukleotid (NADH) gebildet. Dieser Schritt wird von der E2-Untereinheit (Dihydrolipoyl-Succinyltransferase) katalysiert.

Der Ketoglutarat-Dehydrogenase-Komplex besteht aus drei Untereinheiten: E1, E2 und E3, die alle essentiell für die Funktion des Komplexes sind. Der Komplex ist anfällig für Inaktivierung durch Acetylierung und Phosphorylierung, was zu verschiedenen Stoffwechselstörungen führen kann, wenn er nicht richtig funktioniert.

Ketoglutarsäure, auch Alpha-Ketoglutarsäure genannt, ist eine wichtige Verbindung im Citratzyklus (auch bekannt als Krebs-Zyklus oder Tricarbonsäurezyklus), der in den Mitochondrien jeder Zelle in unserem Körper vorkommt. Es handelt sich um eine viercarbonige Karbonsäure, die als Zwischenprodukt während des Abbaus von Proteinen und Fetten sowie bei der Glukoneogenese entsteht.

Ketoglutarsäure dient als Akzeptor für Ammoniak (NH3), was zu Glutamat führt, einem bedeutenden Neurotransmitter im Gehirn. Darüber hinaus kann Ketoglutarsäure durch oxidative Decarboxylierung in Succinyl-CoA umgewandelt werden, ein weiteres Schlüsselintermediat im Citratzyklus.

Abweichungen von normalen Ketoglutarsäurespiegeln können auf Störungen des Citratzyklus oder der Aminosäurenmetabolismus hinweisen und sind mit verschiedenen pathologischen Zuständen verbunden, wie z.B. Hyperammonämie, Hypoxie, Hypoglykämie und Stoffwechselstörungen von Aminosäuren.

Keton-Oxidoreduktasen sind Enzyme, die Ketone reduzieren oder Oxidation von Ketonen katalysieren. Sie spielen eine wichtige Rolle in verschiedenen Stoffwechselwegen, wie beispielsweise im Abbau von Fettsäuren und in der Synthese von Cholesterin. Diese Enzyme können sowohl Acetoacetat als auch andere Ketone oxidieren, was zur Produktion von Acetyl-CoA führt, einem wichtigen Metaboliten im zellulären Energiestoffwechsel. Darüber hinaus können sie auch reduktive Reaktionen katalysieren, bei denen Ketone mit Hilfe von NADH oder NADPH zu sekundären Alkoholen reduziert werden. Es ist wichtig zu beachten, dass die Bezeichnung "Keton-Oxidoreduktasen" ein sehr breites Spektrum an Enzymen umfasst, die unterschiedliche Ketone oxidieren oder reduzieren und in verschiedenen Stoffwechselwegen vorkommen.

Liponamid-Dehydrogenase ist ein Enzym, das in der Fettsäureoxidation und dem Elektronentransportketten-Phosphorylierungs-System eine Rolle spielt. Es ist verantwortlich für die Oxidation von Liponamid (einem Coenzym A-Derivat) zu Liponsäure, wobei NAD+ zu NADH reduziert wird. Diese Reaktion ist ein Teil des Prozesses zur Freisetzung von Energie aus Fettsäuren in Form von ATP. Die Liponamid-Dehydrogenase ist in der inneren Membran der Mitochondrien lokalisiert und wird durch die ATP-Synthese-Komplexe I und II kontrolliert. Mutationen in dem Gen, das für dieses Enzym codiert, können zu verschiedenen Stoffwechselstörungen führen, wie z.B. der seltenen Erbkrankheit Multiple Acyl-CoA-Dehydrogenase-Mangel (MADD).

Dihydrolipoyllysin-Residue-Acetyltransferase ist ein Schlüsselenzym im Multienzymkomplex der Pyruvatdehydrogenase, das die Übertragung eines Acetylrests auf das Dihydrolipoyl-Rest von Lipoyllysin katalysiert. Dieser Reaktionsschritt ist ein entscheidender Schritt in dem Prozess der aeroben Zellatmung, bei dem Pyruvat zu Acetyl-CoA oxidativ decarboxyliert wird. Das Enzym spielt eine wichtige Rolle bei der Energieproduktion in der Zelle und ist daher ein wesentlicher Bestandteil des Stoffwechsels. Defekte oder Mutationen in diesem Enzym können zu Stoffwechselstörungen führen, wie z.B. Pyruvatdehydrogenase-Mangel, was wiederum verschiedene Symptome verursachen kann, wie Entwicklungsverzögerung, neurologische Schäden und Stoffwechselakidosen.

Ketosäuren, auch bekannt als Oxoacide, sind organische Verbindungen, die eine Carboxygruppe (-COOH) und eine Keto- oder Oxogruppe (=O) in ihrem Molekül enthalten. Sie sind eine Untergruppe der Carbonsäuren.

In der Biochemie spielen β-Ketosäuren eine wichtige Rolle, da sie Zwischenprodukte im Stoffwechsel von Fettsäuren und Aminosäuren sind. Ein Übermaß an β-Ketosäuren im Blut kann allerdings auftreten, wenn der Körper während einer Ketonakose (z.B. bei unkontrolliertem Diabetes mellitus) verstärkt Fette abbaut und so zu viel Acetoacetat und β-Hydroxybutyrat produziert. Dies kann zu Übelkeit, Erbrechen, Atemnot und im schlimmsten Fall zu Koma führen.

Die komplexe Pyruvatdehydrogenase-Mangelkrankheit (CPDHM) ist eine seltene genetisch bedingte Stoffwechselstörung, die sich aus einer Beeinträchtigung der Pyruvatdehydrogenase-Komplexaktivität ergibt. Der Pyruvatdehydrogenase-Komplex spielt eine entscheidende Rolle bei der Umwandlung von Pyruvat in Acetyl-CoA, einem wichtigen Prozess zur Energiegewinnung im Körper.

Die CPDHM wird durch Mutationen in den Genen verursacht, die für die Proteine codieren, aus denen der Pyruvatdehydrogenase-Komplex besteht. Diese Mutationen führen zu einer reduzierten Aktivität des Komplexes und behindern somit die Umwandlung von Pyruvat in Acetyl-CoA. Als Folge davon kann Pyruvat nicht effizient abgebaut werden, was zu einem Anstieg der Pyruvatspiegel im Blut führt.

Die CPDHM manifestiert sich klinisch durch eine Vielzahl von Symptomen, darunter Entwicklungsverzögerungen, neurologische Schäden, Stoffwechselakidosen, Laktatazidose und in schweren Fällen auch Atemstillstand und Tod. Die Diagnose der CPDHM erfolgt durch die Bestimmung der Aktivität des Pyruvatdehydrogenase-Komplexes im Gewebe oder im Blut und wird häufig durch genetische Tests bestätigt.

Die Behandlung der CPDHM ist unterstützend und zielt darauf ab, die Symptome zu lindern und Komplikationen zu vermeiden. Eine kohlenhydratarme Ernährung kann hilfreich sein, um den Anstieg von Pyruvat nach der Nahrungsaufnahme zu reduzieren. In einigen Fällen können Medikamente eingesetzt werden, um die Stoffwechselakidosen und Laktatazidose zu behandeln. Die Prognose der CPDHM hängt von der Schwere der Erkrankung ab und kann von milden Entwicklungsverzögerungen bis hin zu schweren neurologischen Schäden reichen.

Oxalacetat ist ein wichtiger Metabolit im Stoffwechsel von Zuckern, Aminosäuren und Fetten in Lebewesen. Es handelt sich um eine vierwertige Carbonsäure mit der Summenformel C4H6O5. In der biochemischen Terminologie wird Oxalacetat als α-Ketoglutarat-Semialdhyde bezeichnet, da es strukturell sowohl Merkmale eines Ketons (die Aldehydgruppe) als auch einer Carbonsäure (die Carboxygruppe) aufweist.

Im menschlichen Stoffwechsel spielt Oxalacetat eine zentrale Rolle im Citratzyklus, der auch als Krebs-Scythe-Zyklus oder Tricarbonsäurenzyklus bekannt ist. Im Citratzyklus dient es als Akzeptor für Acetyl-CoA, wodurch Citrat entsteht. Darüber hinaus ist Oxalacetat ein Schlüsselmetabolit bei der Gluconeogenese, dem Prozess zur Neubildung von Glucose aus Nichtkohlenhydraten wie Pyruvat, Lactat, Aminosäuren oder Glycerin.

Es ist wichtig zu beachten, dass Oxalacetat im Körper nicht in freier Form vorkommt, sondern stets an Transportproteine oder Metaboliten gebunden ist.

Coenzym A, oft als "aktiviertes Acetyl" bezeichnet, ist ein Schlüsselkoenzym, das an vielen biochemischen Reaktionen im menschlichen Körper beteiligt ist, insbesondere an der Energieproduktion in den Mitochondrien. Es besteht aus einem Adenosindiphosphat (ADP)-Molekül, das mit einer Pantothensäure- und einer β-Alanin-Gruppe verbunden ist.

Coenzym A spielt eine entscheidende Rolle bei der Übertragung von Acetylgruppen zwischen verschiedenen Molekülen während des Stoffwechsels. Es ist unerlässlich für den Abbau von Kohlenhydraten, Fetten und Proteinen zu Kohlendioxid und Wasser, wobei Energie in Form von Adenosintriphosphat (ATP) freigesetzt wird.

Darüber hinaus ist Coenzym A an der Synthese von Cholesterin, Fettsäuren, Neurotransmittern und Steroidhormonen beteiligt. Eine Störung des Coenzym-A-Stoffwechsels kann zu verschiedenen Stoffwechselerkrankungen führen.

Ornithin ist eine nicht-essentielle Aminosäure, die im menschlichen Körper produziert wird. Es spielt eine wichtige Rolle im Harnstoffzyklus, einem Stoffwechselprozess, der Ammoniak, eine toxische Nebenprodukt des Proteinstoffwechsels, in ungiftige Harnstoff umwandelt, der dann über die Nieren ausgeschieden wird. Ornithin wird durch Decarboxylierung von L-Arginin synthetisiert und ist auch direkt in der Harnstoffsynthese beteiligt. Es sollte beachtet werden, dass Ornithin nicht in Proteinen vorkommt, sondern nur als Zwischenprodukt im Stoffwechsel auftritt.

Glutarate sind Salze oder Ester der Glutarsäure, einer organischen Dicarbonsäure mit der Summenformel C5H8O4. In der Biochemie sind bestimmte Glutarate von Bedeutung, da sie als Intermediate im Stoffwechsel vorkommen. Das Coenzym A-Derivat von Glutarsäure, Glutaryl-CoA, ist ein Intermediat im Metabolismus von Proteinen und Fettsäuren mit ungerader Kohlenstoffzahl. Ein Gendefekt des Enzyms GlutarsyccoA-Dehydrogenase kann zum Krankheitsbild der Glutarazidurie führen, welches sich in neurologischen Symptomen und Hautveränderungen äußert.

Lactatdehydrogenase (LDH) ist ein intrazelluläres Enzym, das in fast allen Körpergeweben und -organen vorkommt, insbesondere in Herz, Leber, Muskeln, Gehirn und Erythrozyten. Es spielt eine wichtige Rolle im anaeroben Stoffwechselprozess, bei dem Pyruvat aus der Glykolyse zu Laktat reduziert wird, um die Energieproduktion in Form von ATP aufrechtzuerhalten, wenn Sauerstoffmangel vorliegt.

LDH ist ein Tetramer, das aus verschiedenen Kombinationen von H- und M-Untereinheiten besteht, was zu fünf verschiedenen Isoenzymen führt (LDH1 bis LDH5). Die Verteilung dieser Isoenzyme variiert in den verschiedenen Geweben. Zum Beispiel ist LDH1 hauptsächlich in Herz und roten Blutkörperchen lokalisiert, während LDH5 vor allem in Leber, Nieren, Lungen und Pankreas vorkommt.

Erhöhte Serumspiegel von LDH können auf verschiedene pathologische Zustände hinweisen, wie z.B. Gewebeschäden durch Hypoxie, Ischämie, Trauma oder Entzündung. Daher wird die Bestimmung der LDH-Aktivität im Blutserum oft als allgemeiner Marker für Zellschädigungen eingesetzt. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass ein erhöhter LDH-Spiegel nicht spezifisch für eine bestimmte Erkrankung ist und daher durch weitere Untersuchungen ergänzt werden muss, um die zugrunde liegende Ursache abzuklären.

Multienzymkomplexe sind Proteinkomplexe, die aus mehreren enzymatisch aktiven Untereinheiten bestehen, die zusammenarbeiten, um eine bestimmte biochemische Reaktion zu katalysieren. Diese Enzymkomplexe ermöglichen oft eine effizientere und koordiniertere Katalyse, indem sie Substrate direkt von einem aktiven Zentrum zum nächsten übertragen, ohne dass Zwischenprodukte freigesetzt werden müssen. Ein Beispiel für einen Multienzymkomplex ist der Pyruvatdehydrogenase-Komplex, der aus mehreren Untereinheiten besteht und drei aufeinanderfolgende Reaktionen katalysiert, die den Abbau von Pyruvat zu Acetyl-CoA ermöglichen.

Alkohol-Dehydrogenase (ADH) ist ein Enzym, das im menschlichen Körper vorkommt und am Stoffwechsel von Alkohol beteiligt ist. Genauer gesagt, katalysiert ADH die Umwandlung von Ethanol, dem Alkohol in alkoholischen Getränken, in Acetaldehyd. Dieser Prozess findet hauptsächlich in der Leber statt und ist ein wichtiger Teil des ersten Schritts der Alkohol-Elimination aus dem Körper.

Das Enzym ADH besteht aus mehreren Isoformen, die jeweils unterschiedliche Eigenschaften und Genloci aufweisen. Die Aktivität von ADH kann durch verschiedene Faktoren beeinflusst werden, wie zum Beispiel genetische Variationen, Geschlecht, Alter und Krankheiten. Unterschiede in der ADH-Aktivität können Einfluss auf die individuelle Anfälligkeit für Alkoholismus und alkoholbedingte Schäden haben.

In der Pharmakologie und Toxikologie bezieht sich "Kinetik" auf die Studie der Geschwindigkeit und des Mechanismus, mit dem chemische Verbindungen wie Medikamente im Körper aufgenommen, verteilt, metabolisiert und ausgeschieden werden. Es umfasst vier Hauptphasen: Absorption (Aufnahme), Distribution (Transport zum Zielort), Metabolismus (Verstoffwechselung) und Elimination (Ausscheidung). Die Kinetik hilft, die richtige Dosierung eines Medikaments zu bestimmen und seine Wirkungen und Nebenwirkungen vorherzusagen.