Enzyme – ihre Defekte und die Folgen

Sind Enzyme in ihrer Wirkung verändert, so spricht man von Enzymdefekten. Die Funktion der Enzyme kann hierbei nur partial oder komplett gehindert sein.

Enzymdefekte resultieren in den meisten Fällen aus einem genetischen Defekt, also einem Fehler in der DNA. Enzyme werden aus Aminosäuren aufgebaut. Diese werden durch Basentriplets auf der DNA codiert. Wird durch Insertion oder Deletion eine Base in dieser Sequenz eingebaut oder weggelassen, so ändert sich die komplette Codierung; somit auch der Aufbau des Enzyms, für das diese Sequenz codiert. Diese Art der Mutation nennt man Rastermutation, da durch Mutation das gesamte Raster verändert wurde.

Punktmutation

Eine weitere Art der Mutation ist die Punktmutation. Hier wird eine einzige Base in der Sequenz durch eine andere ersetzt. Hierbei entsteht nicht generell eine Änderung des Enzyms, für das diese Sequenz codiert. Die dritte Base eines Basentriplets ist die sogenannte Wobbel-Base. Da es 64 verschiedene Triplets und nur 21 Aminosäuren gibt, codieren manchmal mehrere Triplets für die gleiche Aminosäure, wobei nur die dritte Base hier variiert. Wird also diese Base bei der Punktmutation ausgetauscht, so entsteht nicht zwangsläufig eine Veränderung am Enzym. Bei der Punktmutation wird aber grundsätzlich nur eine Aminosäure verändert in der Struktur des Enzyms. Da Enzyme aus mehreren tausend Aminosäuren bestehen können, muss es trotz Mutation keine großartige Veränderung im Organismus geben. Wird jedoch vorzeitig ein neues Terminationscodon erstellt, so entsteht ein verstümmeltes und verkürztes Enzym.

Auswirkung der Enzymdefekte auf den Organismus

Ein Enzymdefekt ist also eine Strukturänderung. Enzym und Substrat passen nach Schlüssel-Schloss-Prinzip und sind somit Wirk- und/oder Substratspezifisch. Verändert sich nun durch Defekt/Strukturänderung das aktive Zentrum, so kann das Enzym nicht mehr an entsprechendem Substrat wirken, die Umsetzung verändert sich, kann schneller oder langsamer werden oder ganz ausfallen.

Enzymdefekte bewirken somit meist Stoffwechselerkrankungen. Ist der Enzymdefekt symptombehaftet, so spricht man von Enzymopathie, also einer Enzymkrankheit, die schwerwiegende Folgen haben kann und auch zur Entwicklungsverzögerung führen kann.

Die Enzymkrankheit Phenylketonurie (PKU):

Die PKU ist die bei Neugeborenen am häufigste auftretende Stoffwechselstörung. Im Mittelpunkt der Erkrankung steht hier die Aminosäure Phenylalanin.

Ursache

Diese ist essentiell und wird vom Körper nicht selbst hergestellt, sondern durch Nahrung von außen zugeführt. Bei dieser autosomal-rezessiven Erbkrankheit wird das Phenylalanin nicht richtig abgebaut. Es bilden sich die Alternativprodukte Phenylpyruvat, Phenylacetat und Phenyllaktat.

Grund hierfür ist das Enzym Phenylalaninhydroxylase, welches auf Chromosom 12 codiert ist. Dieses baut normalerweise das Phenylalanin in Tyrosin (nichtessentielle AS) um, welches sich sowohl in das Schilddrüsenhormon Thyroxin, als auch den Hautfarbstoff Melanin weiterformen kann. Durch den Mangel muss Tyrosin zusätzlich durch die Nahrung aufgenommen werden.

Auswirkungen

Wird die Krankheit nicht erkannt und dementsprechend die Aufnahme von Phenylalanin frühzeitig reguliert, kann es zu schwerwiegenden Folgen kommen. Die Entwicklung des Gehirns ist beeinträchtigt, geistige Behinderung kann auftreten und das Schädelwachstum ist beeinträchtigt. Durch den Mangel des Hautfarbstoffes Melanin sind Patienten häufig hellhäutig und haben blondes Haar. Auch Verhaltensauffälligkeiten wie Hyperaktivität, aber auch extreme emotionale Reaktionen sind nicht untypisch. Ein weiteres Symptom sind Epilepsieanfälle. Ein besonders typisches Merkmal bei Nichtbehandlung ist der Geruch des Urins nach Mäusekot, da das Alternativprodukt Phenylacetat entsteht und über den Urin aus dem Körper ausgeschieden wird. An diesem Merkmal wurde die Krankheit früher häufig erkannt.

Erkennung heutzutage

Im Normalfall wird aber heutzutage bei Neugeborenen der sogenannte Guthrie-Test gemacht, um die Stoffwechselerkrankung frühzeitig zu erkennen und durch bestimmte Diät einer ernsthaften Erkrankung vorzubeugen. Bei der Screening-Methode wird Blut aus der Ferse eines Neugeborenen entnommen und auf eine Screening-Karte aufgetragen. Diese wird an ein Labor gesendet, welches die Konzentration des Phenylalanins im Blut misst, die Rückschlüsse über eine Erkrankung ziehen lässt.

Die Enzymkrankheit Galaktosämie:

Bei der Galaktosämie, also der Galaktose-Unverträglichkeit besteht eine Störung bei der Umwandlung des Milchzuckers Laktose in Galaktose und Glukose, besser gesagt bei der Umwandlung der Galaktose in Glukose.

Ursache

Auch bei dieser Erkrankung besteht ein autosomal-rezessiv vererbter Gendefekt, bei dem der Aufbau des Enzyms GALT (EC 2.7.7.12), also der Galaktose-1-Phosphat-Uridyl-Transferase, gestört ist. Durch den verminderten Umbau von Galaktose in Glucose ist somit der Hauptenergielieferant blockiert. Stattdessen werden Zwischenprodukte gebildet, deren vermehrte Anlagerung zu massiven Organschäden führen kann.

Erkennung und Auswirkung

Früherkennung ist hier jedoch schon nach mehreren Tagen möglich, da in der Muttermilch Laktose enthalten ist und die Neugeborenen somit schnell unter starkem Erbrechen und Lethargie leiden. Auch Ikterus, also eine Gelbsucht, ist möglich, wenn die Leber Schaden nimmt. Durch Hinderung der Antikörperbildung kann es bis zur Sepsis kommen und durch Metabolitenablagerung in den Augen zur Linsentrübung. Zur Verhinderung gehört der Test auf Galaktosämie (quantitative Bestimmung des Galaktose- und Galaktose-1-P-Wert) aber zur routinemäßigen Untersuchung bei Neugeborenen. Trotz lebenslanger Laktose- und Galaktosefreier Diät kommt es jedoch in den meisten Fällen trotzdem zu Schädigungen, da der Körper gewisse Mengen an Galaktose selbst herstellt.

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