20.3.3. Transketolase und Transaldolase stabilisieren carbanionische Zwischenprodukte durch verschiedene Mechanismen

Die durch Transketolase und Transaldolase katalysierten Reaktionen sind unterschiedlich, aber in vielerlei Hinsicht ähnlich. Ein Unterschied besteht darin, dass Transketolase eine Zwei-Kohlenstoff-Einheit überträgt, während Transaldolase eine Drei-Kohlenstoff-Einheit überträgt. Jede dieser Einheiten ist im Verlauf der Reaktion vorübergehend an das Enzym gebunden., In der Transketolase ist der Additionsort der Einheit der Thiazolring des erforderlichen Coenzymthiaminpyrophosphats. Transketolase ist homolog zur E1-Untereinheit des Pyruvatdehydrogenase-Komplexes (Abschnitt 17.1.1) und der Reaktionsmechanismus ist ähnlich (Abbildung 20.21).

Abbildung 20.21

Transketolase-Mechanismus. Das Carbanion von Thiaminpyrophosphat (TPP) greift das Ketosesubstrat an. Die Spaltung einer Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung befreit das Aldoseprodukt und hinterlässt ein Zwei-Kohlenstoff-Fragment, das mit TPP verbunden ist., Diese aktivierte Glykoaldehyd Zwischenangriffe (mehr…)

Das C-2-Kohlenstoffatom von gebundenem TPP ionisiert leicht, um ein Carbanion zu ergeben. Das negativ geladene Kohlenstoffatom dieses reaktiven Zwischenprodukts greift die Carbonylgruppe des Ketosesubstrats an. Die resultierende Additionsverbindung setzt das Aldoseprodukt frei, um eine aktivierte Glykoaldehydeinheit zu ergeben. Das positiv geladene Stickstoffatom im Thiazolring wirkt als Elektronensenke bei der Entwicklung dieses aktivierten Intermediates., Die Carbonylgruppe eines geeigneten Aldoseakzeptors kondensiert dann mit der aktivierten Glykoaldehydeinheit zu einer neuen Ketose, die aus dem Enzym freigesetzt wird.

Transaldolase überträgt eine Drei-Kohlenstoff-Dihydroxyaceton-Einheit von einem Ketosespender auf einen Aldoseakzeptor. Transaldolase enthält im Gegensatz zur Transketolase keine prothetische Gruppe. Vielmehr wird an der aktiven Stelle des Enzyms eine Schiff-Base zwischen der Carbonylgruppe des Ketosesubstrats und der ε-Amino-Gruppe eines Lysinrückstands gebildet (Abbildung 20.22)., Diese Art von kovalentem Enzym-Substrat-Zwischenprodukt ist wie das, das in Fructose 1,6-Bisphosphat-Aldolase im glykolytischen Weg gebildet wird (Abschnitt 16.1.3), und tatsächlich sind die Enzyme homolog. Die Schiff-Basis wird protoniert, die Bindung zwischen C-3 und C-4 wird gespalten und eine Aldose wird freigesetzt. Die negative Ladung auf dem Schiff-Base Carbanion Moiety wird durch Resonanz stabilisiert. Das positiv geladene Stickstoffatom der protonierten Schiff-Basis wirkt als Elektronensenke. Das Schiff-Base-Addukt ist stabil, bis eine geeignete Aldose gebunden wird., Das Dihydroxyaceton-Moiety reagiert dann mit der Carbonylgruppe der Aldose. Das Ketoseprodukt wird durch Hydrolyse der Schiff-Basis freigesetzt. Das Stickstoffatom der protonierten Schiff-Base spielt in der Transaldolase die gleiche Rolle wie das Thiazol-Ring-Stickstoffatom in der Transketolase. In jedem Enzym reagiert eine Gruppe innerhalb eines Intermediates wie ein Carbanion, indem sie eine Carbonylgruppe angreift, um eine neue Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung zu bilden. In jedem Fall wird die Ladung des Carbanions durch Resonanz stabilisiert (Abbildung 20.23).

Abbildung 20.22

Transaldolase Mechanism., Die Reaktion beginnt mit der Bildung einer Schiff-Base zwischen einem Lysin-Rückstand in Transaldolase und dem Ketosesubstrat. Die Protonierung der Schiff-Basis führt zur Freisetzung des Aldoseprodukts und hinterlässt ein Drei-Kohlenstoff-Fragment (mehr…)

Abbildung 20.23

Carbanion Intermediate. Für Transketolase und Transaldolase wird ein Carbanion-Intermediat durch Resonanz stabilisiert. In Transketolase stabilisiert TPP dieses Zwischenprodukt; In Transaldolase spielt eine protonierte Schiff-Basis diese Rolle.