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Lyase – Definition, Funktion & Bedeutung
Lyasen sind Enzyme, die chemische Bindungen ohne Wasserzufuhr spalten oder knüpfen. Sie spielen eine zentrale Rolle im Stoffwechsel des menschlichen Körpers.
Zu bevorzugten Quellen hinzufügenWissenswertes über "Lyase"
Lyasen sind Enzyme, die chemische Bindungen ohne Wasserzufuhr spalten oder knüpfen. Sie spielen eine zentrale Rolle im Stoffwechsel des menschlichen Körpers.
Was ist eine Lyase?
Eine Lyase ist ein Enzym, das chemische Bindungen – insbesondere Kohlenstoff-Kohlenstoff-, Kohlenstoff-Sauerstoff- oder Kohlenstoff-Stickstoff-Bindungen – spaltet oder verknüpft, ohne dass dabei Wasser oder andere Moleküle als Reaktionspartner benötigt werden. Dieser Vorgang unterscheidet Lyasen von anderen Enzymklassen wie den Hydrolasen, die Bindungen unter Wasserverbrauch spalten. Lyasen gehören gemäß der internationalen Enzymklassifikation (EC-Nomenklatur) zur Enzymklasse 4.
Funktion und Wirkmechanismus
Lyasen katalysieren Eliminierungsreaktionen, bei denen aus einem Substrat zwei Produkte entstehen, oder die Umkehrreaktion, bei der zwei Moleküle zu einem verknüpft werden. Die bei der Spaltung entstehenden Produkte enthalten häufig eine neue Doppelbindung oder einen Ring. Da viele Lyasen auch die Rückreaktion katalysieren können, werden sie manchmal auch als Synthasen bezeichnet, wenn sie in der biosynthetischen Richtung wirken.
Einteilung der Lyasen
Lyasen werden anhand der Art der gespaltenen Bindung in Unterklassen eingeteilt:
- Kohlenstoff-Kohlenstoff-Lyasen (EC 4.1): Spalten C-C-Bindungen, z. B. Decarboxylasen, die Carboxylgruppen abspalten.
- Kohlenstoff-Sauerstoff-Lyasen (EC 4.2): Spalten C-O-Bindungen, z. B. Hydrolyasen und Dehydratasen.
- Kohlenstoff-Stickstoff-Lyasen (EC 4.3): Spalten C-N-Bindungen, z. B. Ammoniaklyasen.
- Kohlenstoff-Schwefel-Lyasen (EC 4.4): Spalten C-S-Bindungen.
- Kohlenstoff-Halogen-Lyasen (EC 4.5): Spalten Bindungen zwischen Kohlenstoff und Halogenen.
- Phosphor-Sauerstoff-Lyasen (EC 4.6): Spalten P-O-Bindungen, z. B. Adenylylcyclase.
Bedeutung im Stoffwechsel
Lyasen sind in zahlreichen lebenswichtigen Stoffwechselwegen des menschlichen Körpers aktiv. Wichtige Beispiele sind:
- Citratsynthase-Vorreaktion / Aconitase: Im Citratzyklus katalysiert die Aconitase (eine Hydrolyase/Lyase) den Umbau von Citrat zu Isocitrat.
- Pyruvat-Decarboxylase: Eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Lyase, die Pyruvat in Acetaldehyd und CO2 umwandelt.
- Aldolase: Eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Lyase, die im Rahmen der Glykolyse Fruktose-1,6-bisphosphat in zwei Dreikohlenstoff-Verbindungen spaltet.
- Adenylylcyclase: Eine Phosphor-Sauerstoff-Lyase, die ATP in den wichtigen Botenstoff cAMP umwandelt und damit zahlreiche Signalwege steuert.
- Carboanhydrase: Katalysiert die Umwandlung von Kohlendioxid und Wasser zu Bikarbonat – essenziell für den Säure-Basen-Haushalt des Blutes.
Klinische Relevanz
Defekte oder Fehlfunktionen von Lyasen können zu schweren Stoffwechselerkrankungen führen. Beispiele sind:
- Phenylketonurie (PKU): Ein Defekt der Phenylalaninhydroxylase (einer Lyase-verwandten Reaktion) führt zur Anhäufung von Phenylalanin im Blut.
- Fumarase-Mangel: Ein seltener Defekt der Fumarathydratase (Fumarase), einer Kohlenstoff-Sauerstoff-Lyase im Citratzyklus, verursacht schwere neurologische Schäden.
- Oxalose: Bedingt durch einen Defekt der Alanin-Glyoxylat-Aminotransferase, einer Lyase-verwandten Reaktion, mit Überproduktion von Oxalat.
Lyasen sind auch pharmazeutisch relevant: Mehrere Medikamente wirken, indem sie spezifische Lyasen hemmen. So hemmen bestimmte Carboanhydrase-Hemmer (z. B. Acetazolamid) die gleichnamige Lyase und werden zur Behandlung von Glaukom und Epilepsie eingesetzt.
Quellen
- Lottspeich F., Engels J. W. (Hrsg.): Bioanalytik. 3. Auflage. Springer Spektrum, Heidelberg 2012.
- Nelson D. L., Cox M. M.: Lehninger Biochemistry. 8. Auflage. W. H. Freeman, New York 2021.
- International Union of Biochemistry and Molecular Biology (IUBMB): Enzyme Nomenclature. Verfügbar unter: https://iubmb.qmul.ac.uk/enzyme/ (abgerufen 2024).
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