Enzymklassen: Lyasen, Isomerasen, Ligasen und Zuordnung
Lyasen spalten Bindungen ohne Wasser und bilden dabei Doppelbindungen, Ligasen knüpfen Bindungen unter ATP-Spaltung, Isomerasen formen ein Molekül um. Mit wenigen Fragen an ein Reaktionsschema ordnest du jede Reaktion einer der sechs Enzymklassen zu.
Das Wichtigste in Kürze
- Lyasen, Isomerasen und Ligasen bilden die EC-Klassen 4 bis 6 und lassen sich am Reaktionsschema erkennen.
- Lyasen spalten Bindungen nicht hydrolytisch unter Bildung einer Doppelbindung oder addieren an Doppelbindungen, z. B. Aldolase, Pyruvat-Decarboxylase und Dehydratasen.
- Die Fumarase addiert Wasser an Fumarat zu L-Malat und ist eine Lyase, keine Hydrolase.
- Ligasen (Synthetasen) knüpfen Bindungen unter Spaltung von ATP als Cosubstrat, z. B. Acyl-CoA-Synthetase und Acetyl-CoA-Carboxylase.
- Eine Isomerase wandelt ein Molekül in ein Isomer um, etwa die Ketose Dihydroxyacetonphosphat in die Aldose Glycerinaldehyd-3-phosphat.
Worum es geht
Die Klassen 4 bis 6 der EC-Klassifikation umfassen Lyasen, Isomerasen und Ligasen. Sie finden sich in Glykolyse, Citratzyklus und Fettsäuresynthese. Wer ihre Kennzeichen kennt, kann jedes Reaktionsschema einer Enzymklasse zuordnen.
Lyasen
Eine Lyase spaltet C-C-, C-O- oder C-N-Bindungen nicht hydrolytisch. Wasser ist dabei also nicht das spaltende Reagenz. Oft entsteht eine Doppelbindung, weil eine Gruppe eliminiert wird. Lyasen katalysieren auch die Rückreaktion, die Addition an eine Doppelbindung.
Die Aldolase der Glykolyse macht eine Aldolspaltung. Sie trennt Fructose-1,6-bisphosphat zwischen C3 und C4. Dabei entstehen zwei Triosephosphate: Dihydroxyacetonphosphat und Glycerinaldehyd-3-phosphat.
Die Pyruvat-Decarboxylase spaltet CO2 ab. Ihr Coenzym ist Thiaminpyrophosphat.
\[\ce{CH3COCOO- + H+ -> CH3CHO + CO2}\]
Dehydratasen eliminieren Wasser, und es entsteht eine C=C-Doppelbindung. Umgekehrt addiert die Fumarase (Fumarat-Hydratase) im Citratzyklus H und OH an die Doppelbindung des Fumarats. Diese Hydratisierung liefert L-Malat.
\[\ce{Fumarat + H2O <=> L-Malat}\]
Wird im Examen gerne gefragt: Fumarase und Aldolase sind Lyasen. Die Fumarase ist keine Hydrolase, obwohl Wasser beteiligt ist, denn sie addiert es an eine C=C-Doppelbindung, statt eine Bindung damit zu zerlegen.
Am Schema erkennst du Lyasen so: Verschwindet Wasser und erscheint eine Doppelbindung, liegt eine Eliminierung vor. Wird H und OH an benachbarte C-Atome einer Doppelbindung angelagert, ist es eine Hydratisierung. Zerfällt ein Molekül ohne Wasser in zwei, spricht das für eine Aldolspaltung oder Decarboxylierung.
Ligasen
Ligasen verbinden zwei Moleküle. Die Energie dafür liefert die Spaltung eines Nucleosidtriphosphats, meist ATP. ATP ist hier also Cosubstrat.
Eine Ligase knüpft eine Bindung zwischen zwei Substraten und spaltet dabei ATP zu ADP und Phosphat oder zu AMP und Pyrophosphat. Der ältere Name Synthetase bezeichnet genau diese ATP-abhängigen Enzyme.
Die Acyl-CoA-Synthetase aktiviert eine Carbonsäure zum Thioester mit Coenzym A.
\[\ce{R-COO- + CoA-SH + ATP -> R-CO-S-CoA + AMP + PP_i}\]
Auch die Acetyl-CoA-Carboxylase der Fettsäuresynthese ist eine Ligase. Sie knüpft unter ATP-Verbrauch eine C-C-Bindung.
\[\ce{Acetyl-CoA + HCO3- + ATP -> Malonyl-CoA + ADP + P_i}\]
Beide verbrauchen ATP. Bei der Kinase landet das Phosphat im Produkt, bei der Ligase geht es frei als Phosphat oder Pyrophosphat ab.
Zuordnung aus Reaktionsschemata
Für die Zuordnung zählst du Substrate und Produkte und schaust auf die Cosubstrate. Die folgenden Fragen arbeitest du der Reihe nach ab.
- Redox-Cosubstrat: Tritt NAD+, NADP+ oder FAD auf, ist es eine Oxidoreduktase.
- ATP-Phosphat: Geht ATP ein und verlässt das Phosphat das Schema als Pi oder PPi, während zwei Moleküle verbunden werden, ist es eine Ligase.
- Gruppenübertragung: Wandert eine Gruppe von einem Substrat auf ein anderes, ist es eine Transferase.
- Rolle des Wassers: Zerlegt Wasser eine Bindung in zwei Produkte, ist es eine Hydrolase.
- Bilanz: Wird ohne Wasser gespalten oder an eine Doppelbindung addiert, ist es eine Lyase. Bleibt ein Molekül mit gleicher Summenformel, ist es eine Isomerase.
Eine Isomerase formt ein Substrat in ein Isomer um. Die Triosephosphat-Isomerase wandelt so die Ketose Dihydroxyacetonphosphat in die Aldose Glycerinaldehyd-3-phosphat um. Diese Ketose-Aldose-Umwandlung ist keine Aldolasereaktion, denn es wird keine Bindung gespalten.
Quiz
Aussage 1
Die Aktivierung einer Fettsäure zum Acyl-CoA unter Spaltung von ATP zu AMP und Pyrophosphat wird von einer Ligase katalysiert.
Zwei Moleküle werden verknüpft, ATP ist Cosubstrat und das Phosphat erscheint nicht im Produkt. Das kennzeichnet eine Ligase.
Aussage 2
Die Fumarase gehört zu den Hydrolasen, weil bei ihrer Reaktion Wasser umgesetzt wird.
Die Fumarase addiert Wasser an die C=C-Doppelbindung des Fumarats. Das ist eine Hydratisierung, die Fumarase ist daher eine Lyase.
Aussage 3
Die Umwandlung von Dihydroxyacetonphosphat in Glycerinaldehyd-3-phosphat ist eine Aldolasereaktion.
Hier wird eine Ketose in die isomere Aldose umgewandelt, ohne eine Bindung zu spalten. Das katalysiert die Triosephosphat-Isomerase, eine Isomerase.
Aussage 4
Die Aldolase spaltet Fructose-1,6-bisphosphat ohne Beteiligung von Wasser in zwei Triosephosphate und ist damit eine Lyase.
Die Aldolspaltung zwischen C3 und C4 ist eine nicht hydrolytische C-C-Spaltung, typisch für Lyasen.
Fehler entdeckt oder eine Idee? Wir verbessern die Inhalte laufend. Melde es uns gerne über dieses Formular ❤️
Teile der Inhalte wurden mithilfe von KI-Systemen erstellt und werden fortlaufend redaktionell geprüft. Trotz Sorgfalt können Fehler enthalten sein. Wichtige Informationen bitte anhand offizieller Quellen prüfen. Relaxed ins Stex ist ein unabhängiges Angebot und steht in keiner Kooperation mit dem IMPP. Das Angebot ist weder vom IMPP autorisiert noch mit diesem verbunden.