Ketosäuren

Ketosäuren, im deutschen Sprachraum auch häufig als Oxosäuren bezeichnet, spielen im zellulären Geschehen eine zentrale Rolle beim Aminosäurestoffwechsel und bei der Aufrechterhaltung des Redox-Status.

α-Ketosäuren enthalten das Kohlenstoffgerüst der analogen Aminosäure;
β-Ketosäuren sind energiereiche (instabile) Metabolite, die Reaktionen unter CO₂-Verlust treiben können (Decarboxylierung).

α-Ketosäuren

Ketofunktion am α-C-Atom, d.h. in Nachbarstellung zur Carboxylgruppe (2-Oxosäuren). Brenztraubensäure (Salz: Pyruvat) ist die einfachste α-Ketosäure. Unter Einwirkung einer Pyruvat-Decarboxylase kann Brenztraubensäure während der alkoholischen Gärung zu Acetaldehyd bzw. im Pyruvat-Dehydrogenase-Multienzymkomplex zu Acetyl-CoA decarboxyliert werden. Im Citratzyklus gibt es eine weitere Reaktion nach dem gleichen Grundprinzip: die Decarboxylierung des α- Ketoglutarats zu Succinyl-CoA.

Coenzyme dieser als "oxidative Decarboxylierung" bezeichneten Prozesse:Thiamin-diphosphat und NAD⁺, ggf. Coenzym A.

Eine weitere typische Reaktion ist die Transaminierung, die die wechselseitige Aminierung einer α-Ketosäure unter gleichzeitiger Desaminierung von Glutaminsäure beinhaltet, ohne dass freies Ammoniak auftritt. So wird aus Pyruvat Alanin, aus Oxalacetat (einer Verbindung, die zugleich α- und β-Ketosäure ist) Aspartat und aus α-Ketoglutarat Glutamat (um nur Metaboliten aus Glykolyse und Citratzyklus zu nennen).

Coenzym: Pyridoxalphosphat

β-Ketosäuren

Ketofunktion am β-C-Atom, d.h. relativ zur Carboxylgruppe am übernächsten C-Atom (3-Oxosäuren). Im Gegensatz zu den α-Ketosäuren unbeständige Substanzklasse. Decarboxylierung kann aufgrund des Elektronenflusses spontan erfolgen, wird in der Zelle jedoch katalysiert. Beispiel: Decarboxylierung von Oxalacetat in der Gluconeogenese durch Phosphoenolpyruvat-Carboxykinase (PEP-CK) oder durch das Malatenzym (ME).

Abbildung: alpha- und beta-Ketosäuren, typische Reaktionen

Metabolite (blau) von links nach rechts: Lac, Lactat; Ala, Alanin; Pyr (Pyruvat, eine Prototyp α-Ketosäure); PEP, Phosphoenolpyruvat; OA, Oxalacetat (α/β-Ketosäure; Instabilität durch β-Ketofunktion); Mal, Malat; AcCoA, Acetyl Coenzym A.

Enzyme (grün) von links nach rechts: LDH, Lactat-Dehydrogenase; PC, Pyruvat-Carboxylase; MDH, Malat-Dehydrogenase (Teil des Malat-Aspartat-Shuttlesystems); PGT, Glutamat/Pyruvat-Transaminase; PK, Pyruvatkinase (Gewinn von 1 ATP); PPD, Pyruvat/Phosphat-Dikinase (C4-Pflanzen; Gebrauch zweier energiereicher Bindungen aus ATP und eines anorganischen Phosphats); PEP-CK, Phosphoenolpyruvat-Carboxykinase (Überführung von OA in PEP); PDH, Pyruvat-Dehydrogenase-Multienzymkomplex (Prototyp einer oxidativen Decarboxylierungsreaktion), ME, Malatenzym (bei Kopplung mit MDH ist NADH,H⁺ -> NADPH,H⁺ Umwandlung möglich).

Siehe auch: Pyruvat , Oxalacetat