Helmholtz-Gemeinschaft

Einleitung
Rosche et al., 2005a, Schmidt, 2008, Schmidt et al., 2009, Stillger, 2004, Stillger et al., 2006,
van den Wittenboer et al., 2009, Zavrel et al., 2008).
1.4 Thiamindiphosphat-abhängige Enzyme
Thiamindiphosphat (ThDP)-abhängige Enzyme spielen eine wichtige Rolle im Metabolismus
von Organismen (z.B. Pentose-Phosphat-Weg, Zitrat-Zyklus) und können eine Vielzahl von
Reaktionen katalysieren. Durch den Kofaktor ThDP erhalten sie die Fähigkeit zur Spaltung
und zur Knüpfung von C-C-, C-S-, C-N- und C-P-Bindungen (Frank et al., 2007, Pohl et al.,
2004). Neben ihrer physiologischen (natürlichen) Aktivität katalysieren sie eine Reihe von
Nebenreaktionen. Unter anderem können sie die nicht-oxidative und oxidative
Decarboxylierung von 2-Ketosäuren, die Spaltung von C-C-Bindungen sowie die Carboligation
von Aldehyden katalysieren (Sprenger und Pohl, 1999). Vor kurzem konnte für ein
ThDP-abhängiges Enzym, die Acetylacetoinsynthase (kein Eintrag in der Proteindatenbank)
aus Bacillus stearothermophilus, sogar die Kondensation von zwei Diketonen zu einem α -
Hydroxy-1,3-diketon nachgewiesen werden (Giovannini et al., 2010). Generell wird die
Klasse der ThDP-abhängigen Enzyme in zwei Hauptgruppen unterteilt, solche mit
Transferaseaktivität (Transfer funktioneller Gruppen) und solche mit Decarboxylaseaktivität
(Abspaltung von CO 2 ) (Frank et al., 2007). Unter anderen werden folgende Enzyme zur
Klasse der ThDP-abhängigen Enzyme gezählt: Pyruvatoxidase (EC 1.2.3.3), 2-Ketosäuredehydrogenase
(EC 1.2.4.X), Pyruvatsynthase (EC 1.2.7.1), Transketolase (EC 2.2.1.3),
Acetolactatsynthase (EC 2.2.1.6), 1-Deoxyxylulose-5-phosphatsynthase (EC 2.2.1.7),
Sulfoacetaldehydtransferase (EC 2.3.3.15), N2-2-Carboxyethylargininsynthase (EC 2.5.1.66),
Carboxylyasen (EC 4.1.1.X), Glyoxylatcarboligase (EC 4.1.1.47) und die Benzaldehydlyase
(EC 4.1.2.38) (Frank et al., 2007, Pohl et al., 2004).
Eine umfangreiche Übersicht über alle bekannten ThDP-abhängige Enzyme sowie
veröffentlichte Strukturen und Funktionen kann in der neuen Datenbank: „Thiamine
diphosphate dependent Enzyme Engineering Database“ (TEED: http://www.teed.unistuttgart.de)
eingesehen werden (Widmann et al., 2010).
1.4.1 Der Kofaktor Thiamindiphosphat (ThDP)
Wie bereits dem Namen zu entnehmen ist, benötigen ThDP-abhängige Enzyme den Kofaktor
Thiamindiphosphat (ThDP). Thiamin (Vitamin B1) ist ein Bestandteil vieler pflanzlicher
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