Helmholtz-Gemeinschaft

Einleitung
1957, Kern et al., 1997). Das Ylid kann nun eine 2-Ketosäure oder ein 2-Hydroxyketon (z.B.
Benzoin) nukleophil angreifen (2). Das resultierende instabile Zwischenprodukt reagiert
anschließend im Falle der Decarboxylierung unter Abspaltung eines CO 2 -Moleküls und im
Falle der Benzoinspaltung unter Freisetzung eines Benzaldehyd-Moleküls zu einem Enamin-
Carbanion (3), das historisch auch als „aktives Aldehyd“ bezeichnet wird. Die Protonierung
des Enamin-Carbanions führt zu einem hydroxylierten ThDP-Intermediat (4). Die
anschließende Freisetzung des Aldehyds (5) und eine weitere Deprotonierung führen zur
Regeneration des ThDPs (6). Nach Decarboxylierung und Benzoinspaltung (3) kann auch
eine anschließende Addition des „aktiven Aldehyds“ an einen Akzeptoraldehyd und damit die
Freisetzung eines 2-Hydroxyketons erfolgen. D.h. ist der Akzeptor nach der Decarboxylierung
(oder 2-Hydroxyketonspaltung) ein Proton, wird anschließend ein Aldehyd frei, ist der
Akzeptor ein Aldehyd, erfolgt eine Carboligation und ein 2-Hydroxyketon wird gebildet.
Die Reaktionsmechanismen vieler ThDP-abhängiger Enzyme wurden bereits, z.B. mit Hilfe
von kinetischen Studien, Elektronenspinresonanz-Spektroskopie sowie Kristallstrukturanalysen
mit den Reaktanden untersucht und können in einer Reihe von Artikeln eingesehen
werden (Frank et al., 2007, Giovannini et al., 2010, Jordan, 2003, Nemeria et al., 2009,
Shaanan und Chipman, 2009, Siegert et al., 2005, Tittmann, 2009).
1.4.3 Struktur ThDP-abhängiger Enzyme
Interessanterweise zeigen ThDP-abhängige Enzyme, trotz vieler Ähnlichkeiten im Katalysemechanismus,
nur eine geringe Sequenzähnlichkeit. Im Gegensatz dazu sind die
Tertiärstrukturen sehr ähnlich (Frank et al., 2007). Derartige Unterschiede sind für Enzyme,
die evolutiv weit voneinander entfernt sind, nicht ungewöhnlich. Vermutlich hat sich der
ThDP-bindende Bereich, mittels divergenter Evolution, aus einem gemeinsamen Vorläufer
entwickelt (Frank et al., 2007). Dies erklärt auch die hoch konservierte Region im aktiven
Zentrum mit der Aminosäuresequenz Gly-Asp-Gly-(X) 25-30 -Asn (Duggleby, 2006, Hawkins et
al., 1989, Reynen und Sahm, 1988), welche als Liganden für die Bindung eines Magnesiumions
fungieren und so die Bindung des ThDP über die Diphosphatgruppe sicherstellen (Jordan
et al., 2002).
ThDP-abhängige Enzyme sind immer Oligomere, wobei das Dimer die kleinste aktive
Assoziationsform darstellt. Im Folgenden werden strukturelle Aspekte der Decarboxylase-
(DC) Familie (Widmann et al., 2010) genauer diskutiert. Jede Polypeptidkette ist in drei
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