Welche Funktionen hat Thiaminpyrophosphat

OBC-Seminar: 14.06.2007
Nadja Gommer
Thema: 20.Thiaminpyrophosphat
Welche Funktionen hat Thiaminpyrophosphat?
CH3
N
N
N
+
S
CH3
O
OH
OH
P
P
O
O
OH
O
Thiaminpyrophosphat dient in vielen Enzymen bei der oxidativen und nichtoxidativen
Decarboxylierung als Cofaktor Die wesentliche Funktion des Thiaminpyrophasphats
ist die Spaltung der C-C-Bindung in α-Stellung. (Siehe Anhang 1 und 2)
Diskussion:
a) Durch welche chemischen Eigenschaften ergibt sich die Funktionalität des
Thiaminpyrophosphats ?
Das entscheidende Strukturmerkmal von TPP ist das Vorhandensein eines
Thiazoliumrings. Mit einem pKa-Wert von ca. 18 für den Ring-Wasserstoff am C-Atom
zwischen N und S ist der Thiazoliumring schwach acide. Damit kann TPP von Basen
deprotoniert werden, und es entsteht ein Ylid, das heißt eine neutrale Spezies mit
benachbarten positiven und negativen Ladungen. Man nimmt an, dass diese
Deprotonierung in Enzymen unter Beteiligung des mit dem Thiazoliumring
verknüpften Aminopyrimidinrings abläuft. Durch den Angriff einer auf die NH 2-Gruppe
kommt es zu Tautomerisierung und nachfolgend zur Protonierung eines RingStickstoffs. Das Tautomer wird dann am Pyriminring deprotoniert, daran schließt sich
eine interne Protonenübertragung vom Thiazoliumring auf die Aminogruppe an.
Abb. (McMurry S. 126)
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Thema: 20.Thiaminpyrophosphat
b) Welche Schlüsse können wir aus den chemischen Eigenschaften des
Thiaminpyrophosphats auf die Stabilität des Vitamins ziehen?
Ersetzt man im Thiazolring den Stickstoff durch einen Sauerstoff, so liegt ein
Thioester vor, der in wässriger, schon schwach alkalischer Lösung
hydrolyseempfindlich ist. Durch Spaltung der Bindung zwischen dem S und C2
entsteht ein Zwischenprodukt, das durch Oxidation zu Thiochrom und Thiazolon wird.
R
R
S
H
-S
CH3
N
N
OHC
H
N
H
N
N
H
CH3
+
pH > 7
H
N
N
N
CH3
CH3
Thiamin
Oxidation
R
R
S
CH3
S
N
N
N
O
H
N
H
N
N
N
N
CH3
Thichrom
CH3
CH3
Thiazolon
c) Mit welchen anderen Cofaktoren sind die Aktivitäten des
Thiaminpyrophosphats
verknüpft ?
Bei der Umsetzung von Pyruvat zu AcetylCoA im Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex
spielen 5 Cofaktoren eine Rolle; TPP, Liponsäure (Liponamid), Coenzym A, FAD
und NAD+. Mit der TPP-Aktivität direkt ist der Cofaktor Liponsäure verknüpft. Wie
man im Anhang. 1 sehen kann reagiert das Hydroxyethyl-TPP mit dem Liponamid,
wobei ein Thiohalbacetal (oder laut Herrn Bayer eine Vorstufe eines Thioesters)
entsteht und im nächten Schritt die aktive Form des TPP eliminiert wird.
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An welchen Stoffwechselwegen ist es beteiligt ?
Das Thiaminpyrophosphat ist an ca. 25 Reaktionen beteiligt, hier sind einige
ausgewählte.
Stoffwechsel
Enzym
Säuger
Pentosephosphatweg
Oxidative Decarboxylierung von Pyruvat
Oxidative Decarboxylierung von αKetoglutarat zu SuccinylCoA
Abbau verzweigter AS (Ile, Leu, Val)
Mikroorganismen
Pyruvat-Decarboxylase
Phosphoketolase
Acetoacetat-Synthase
Pyruvat:Ferredoxin-Oxidoreduktase
Pyruvatoxidase
Indolpyruvat:FerredoxinOxidoredukatase
Transketolase
Pyruvat-DH
α-Ketoglutarat-DH
Verzweigkettige α-KetosäureDecarboxylase
Pyruvat  Acetaldehyd
Ketose  Acetyl-P + Aldose
2 Pyruvat  Acetoacetat
Pyruvat  AcCoA
Pyruvat  Acetyl-P
2-Ketosäure  Acyl-CoA
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Anhang 1
Mechanismus der Umwandlung von Pyruvat in Acetyl-CoA ( McMurry S. 172)
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Anhang 2
Mechanismus der Transketolase-katalysierten Reaktion von Xylulose-5-Phosphat
(McMurry S. 196)