Pyruvat-Dehydrogenase

Die Pyruvat-Dehydrogenase (auch Pyruvatdehydrogenase; PDH) ist ein sehr großer Multienzymkomplex, der für die Energiegewinnung aus Kohlenhydraten (Glukose) in jeder höherentwickelten Zelle von Mensch bis zur Pflanze und vielen Einzellern essentiell nötig ist. Er besteht unter anderem aus Thiamin (Vitamin B1), das aus der Nahrung aufgenommen werden muss und das sich (als Koenzym) während der Reaktion verbraucht. Seine Verfügbarkeit in den Zellen limitiert die Fähigkeit, Zucker zu verstoffwechseln. Das erklärt, warum die Gabe seiner Bestandteile (z. B. Thiamin und Liponsäure) Diabetes-Symptome mildern kann. Für die Verbrennung von Fettsäuren ist es dagegen nicht notwendig.

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Pyruvat-Dehydrogenase katalysiert die oxidative Decarboxylierung von Pyruvat zu Acetyl-CoA und CO₂. Diese Reaktion ist irreversibel. Sie findet sich in der mitochondrialen Matrix und hat eine Masse von einigen Megadalton, darin enthalten sind dann aber schon etwa 30 UE Pyruvatdecarboxylase, 60 UE Lipoat-Transacetylase und 6 Untereinheiten Dihydrolipoat-DH. Sie untergliedert sich in folgende Teilschritte:

Decarboxylierung von Pyruvat mit Hilfe der Pyruvatdecarboxylase-Untereinheit der PDH. Koenzym ist Thiaminpyrophosphat, welches eine Atombindung mit Pyruvat bildet, so dass Hydroxy-Ethyl-Thiamin-Pyrophosphat unter Abspaltung von CO₂ entsteht.

Dieser Hydroxy-Ethylrest (syn. Acetaldehyd) des TPP wird von der α-Liponsäure übernommen (Oxidation). Sie ist an die Lipoat-Trans-Acetylase-Untereinheit kovalent gebunden. Es entsteht S-Acetyl-Hydrolip(oat/onamid).

Der Acetylrest ( Coenzym A übertragen, somit entsteht Acetyl-CoA. Katalyse durch die Lipoat-Transacetylase-Untereinheit.

S-Acetyl-Hydroliponamid wird durch die Dihydro-Lipoat-Dehydrogenase Untereinheit zur alpha-Liponsaeure regeneriert. Dabei wird FAD zu FADH₂ reduziert, welches seine zwei H-Atome an NAD⁺ unter Bildung von NADH und freiem H⁺ weiterreicht.

Somit ergibt sich folgende Gesamtreaktion:

Pyruvat + HS-CoA + NAD⁺ → Acetyl-CoA + CO₂ + NADH + H⁺

Diese stellt eine der anaplerotischen Reaktionen des Zitratzyklus dar und stellt die katabole Verbindung zwischen Glykolyse (Endprodukte Pyruvat / Lactat) und Citratzyklus via Acetyl-CoA her. Das entstandene Acetyl-CoA kann dann mit Oxalacetat durch die Citratsynthase weiter zu Citrat unter Wassereinbau und CoA-SH-Abspaltung umgesetzt werden. Das NADH/H⁺ kann in der Atmungskette mit Sauerstoff oxidiert werden, unter Gewinn von 2,5 ATP durch den dabei aufgebauten Protonengradienten.

Es sind fünf Coenzyme beteiligt:

1. Thiamin=> Thiaminpyrophosphat
2. Liponsäure ist Oxidationsmittel für die Bildung von Acetylresten aus Pyruvat
3. Pantothensäure für die Synthese des Coenzyms A
4. Riboflavin wird benötigt, um das FAD herzustellen.
5. Die Nikotinsäure ist Substrat für die NAD-Synthese