Aldehydoxidase

Qualitätssicherung von Dr. med. Nonnenmacher am 16. November 2016
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Die Aldehydoxidase stellt ein Enzym dar, welches in Wirbeltieren Aldehyde abbaut. Es ist in unterschiedlichen Geweben von Säugetieren und Mensch zu finden. Die genaue Funktion der Aldehydoxidase ist noch nicht bekannt.

Inhaltsverzeichnis

Was ist Aldehydoxidase?

Die Aldehydoxidase (AOX1) hilft beim enzymatischen Abbau von Aldehyden im Körper. Es wurde aber festgestellt, dass sie auch Nikotin zu Cotinin abbaut. Dabei wird in das sauerstofffreie Nikotin ein Sauerstoffatom unter Bildung einer Aldehydstruktur eingebaut.

Aufgrund dieser Tatsache ist die Aldehydoxidase auch wichtig für den Tryptophanstoffwechsel und gleichzeitig für die Biotransformation. Hauptsächlich ist sie im Zytosol der Leberzellen, Bauchspeicheldrüse, Lunge, Skelettmuskeln oder Fettzellen zu finden. Für die Aktivität des Enzyms ist der Cofaktor Molybdän sehr wichtig. In der menschlichen DNA gibt es nur ein AOX-Gen, welches ein funktionsfähiges Enzym codieren kann. Bei anderen Wirbeltieren sind mehrere AOX-Gene aktiv. Die Aldehydoxidase ist dem Enzym Xanthindehydrogenase sehr ähnlich und mit diesem auch verwandt.

Mit beiden Enzymen kann unter Aufnahme eines Sauerstoffatoms und Wassermoleküls Hypoxanthin zu Xanthin umgewandelt werden. Die Umwandlung von Xanthin zu Harnsäure erfolgt jedoch nur durch Xanthinhydrogenase (Xanthinoxidase). Die Aldehydoxidase besteht aus 1338 Aminosäuren. Als Cofaktoren für ihre Wirksamkeit dient Molybdopterin, FAD und 2(2Fe2S). Die bereits durch den Namen charakterisierte Reaktion kennzeichnet die Umwandlung von Aldehyden unter Zufuhr Sauerstoff und Wasser zu Karbonsäuren und Wasserstoffperoxid.

Funktion, Wirkung & Aufgaben

Das Enzym Aldehydoxidase katalysiert mehrere Reaktionen. Zum großen Teil ist es für die Umwandlung von Aldehyden zu Karbonsäuren unter Zufuhr von Sauerstoff und Wasser verantwortlich. Allgemein vermittelt Aldehydoxidase die Addition eines Sauerstoffatoms an ein Substrat.

Es katalysiert unter anderem auch die Umwandlung von Nikotin zu Conitin. Daher spielt es auch bei der Biotransformation und beim Tryptophanstoffwechsel eine große Rolle. Bei diesen Reaktionen ist immer Molybdän als Cofaktor notwendig. Im Rahmen der Biotransformation wandelt es in der Phase-I-Reaktion Xenobiotika mit Aldehydgruppen in die entsprechenden Karbonsäuren um. An die Karboxylgruppen wird in der Phase-II-Reaktion Glucuronsäure zur Erhöhung der Wasserlöslichkeit angelagert, um das Fremdmolekül aus dem Körper zu schwemmen.

Strukturell und chemisch ist die Aldehydoxidase mit dem homologen Enzym Xanthinhydrogenase (Xanthinoxidase) eng verwandt. Warum jedoch die Umwandlung von Xanthin zu Harnsäure unter Zufuhr von Sauerstoff und Wasser nur durch Xanthinoxidase katalysiert wird, ist nicht bekannt. Die Umwandlung von Hypoxanthin zu Xanthin wird noch von beiden Enzymen katalysiert. Des Weiteren ist Aldehydoxidase auch für die Adipogenese (Vermehrung der Fettzellen) verantwortlich.

Dabei regt es die Ausschüttung des Gewebshormons Adiponektin an. Adiponektin steigert wiederum die Wirksamkeit von Insulin. In den Hepatozyten hemmt Adiponektin wiederum die Ausschüttung von Aldehydoxidase. Ein Mangel an Aldehydoxidase (AOX1) hemmt außerdem den Lipidexport aus den Zellen. Die genaue Funktion der Aldehydoxidase ist noch nicht vollständig verstanden.

Bildung, Vorkommen, Eigenschaften & optimale Werte

Aldehydoxidase kommt hauptsächlich im Zytoplasma von Leberzellen vor. Es wird allerdings auch in Fettzellen, im Lungengewebe, in den Skelettmuskeln und der Bauchspeicheldrüse gefunden. Früher wurde sie mit der homologen Xanthinoxidase verwechselt.

Beide Enzyme sind zwar strukturell ähnlich aufgebaut. Sie katalysieren jedoch teilweise unterschiedliche Reaktionen. Beide Enzyme benötigen aber die gleichen Cofaktoren für ihre Funktion. Dabei handelt es sich um Molybdopterin, FAD und 2(2Fe2S). Aldehydoxidase baut jedoch nicht nur Aldehyde ab, sondern ist auch für die Oxidation von N-Heterozyklischen Verbindungen wie Nikotin zu Cotinin verantwortlich.

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Krankheiten & Störungen

Zusammen mit Xanthindehydrogenase (Xanthinoxidase) und Sulfitoxidase ist Aldehydoxidase abhängig vom Cofaktor Molybdän. Das Molybdän ist als Komplexatom in ein Molybdopterin eingebaut und bildet den Molybdän-Cofaktor. Bei Molybdänmangel kommt es zu einer mangelhaften Funktion dieser drei Enzyme.

Xanthindehydrogenase katalysiert den Xanthinabbau zu Harnsäure. Das Enzym Aldehydoxidase ist nur teilweise in diesen Prozess eingebunden, beispielsweise beim Abbau von Hypoxanthin zum Xanthin. Hier konkurriert es sogar mit der Xanthinoxidase. Daher gibt es keinen isolierten Aldehydoxidasemangel. Allerdings unterstützt die Aldehydoxidase den Abbau von Katecholaminen. Die Sulfitoxidase ist verantwortlich für den Abbau schwefelhaltiger Aminosäuren wie Cystein, Taurin oder Methionin. Bei einem Mangel an diesem Enzym wird Sulfit nicht mehr in Sulfat umgewandelt. Aufgrund des Cofaktors Molybdän kommt es bei den drei Enzymen in der Regel zu einem gemeinsamen Mangel.

Selbstverständlich sind isolierte Defekte durch Mutationen für jeden einzelnen dieser Enzyme möglich. Allerdings wurde bisher kein Krankheitsbild mit einem speziellen Aldehydoxidasemangel beschrieben. Ein durch einseitige Ernährung induzierter Molybdänmangel ist wiederum sehr selten. Das kann allerdings bei einer mehr als sechsmonatigen molybdänarmen parenteralen Ernährung geschehen. In solchen Fällen tritt häufig Tachypnoe, Tachykardie, schwere Kopfschmerzen, Übelkeit, Erbrechen, zentrale Gesichtsausfälle oder Koma auf. Des Weiteren kommt es zu Intoleranzen gegen bestimmte Aminosäuren. Im Harn werden erhöhte Sulfitkonzentrationen gefunden, während im Blut erniedrigte Harnsäurewerte auftreten.

Wenn der Molybdänmangel lange anhält, kann es zu Abbauproblemen schwefelhaltiger Aminosäuren, Sulfitallergien, Haarausfall, niedrigen Harnsäurewerten im Blut und Fertilitätsstörungen kommen. Die meisten Symptome sind allerdings auf den Sulfitoxidase- und Xanthindehydrogenasemangel zurückzuführen. Die Tachykardie beruht wahrscheinlich auf erhöhten Werten von Adrenalin oder Noradrenalin (Katecholamine), da ihr Abbau durch den Aldehydoxidasemangel verzögert ist. Ein Molybdänmangel kann bei extrem molybdänarmer Ernährung und bei entzündlichen Darmerkrankungen wie Morbus Krohn mit Malabsorption der Nahrung hervorgerufen werden.

Eine erblich bedingte Molybdän-Cofaktor-Defizienz aufgrund gestörter Synthese von Molybdopterin verläuft durch den völligen Ausfall aller drei Enzyme ohne Behandlung tödlich.

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