Succinat-Dehydrogenase

Das Enzym Succinat-Dehydrogenase (SDH), genauer Succinat:Ubichinon-Oxidoreduktase (systematischer Name), auch Komplex II genannt, ist ein Enzymkomplex, der aus vier Untereinheiten besteht. Es ist das einzige membranständige Protein des Citratzyklus und als Komplex II der Atmungskette direkt in die Elektronentransportkette der inneren Mitochondrien-Membran eingebunden. Das Enzym katalysiert

Bändermodell des Komplex II (vom Huhn nach PDB 1YQ3) in der Membran mit den Untereinheiten SdhA (grün), SdhB (cyan), SdhC (magenta) und SdhD (gelb).

Schema des Elektronentransports in Komplex II

die Oxidation von Succinat zu Fumarat mit FAD als Oxidans:

+   FAD   $\rightleftharpoons$ + FADH₂

den gleichzeitigen Transport von zwei Elektronen über die Membrangrenze:

innen: FADH₂   $\rightleftharpoons$   innen: FAD  außen: 2H⁺ + 2e⁻

mithilfe dieser Elektronen die Reduktion von Ubichinon (Coenzym Q) zu Ubichinol (EC 1.3.5.1):

Q + 2H⁺ + 2e⁻   $\rightleftharpoons$   QH₂

Mutationen in einem der vier codierenden Gene können beim Menschen für erbliche Stoffwechselkrankheiten verantwortlich sein (siehe Tabelle).

Struktur

Bändermodell des Komplexes II, die Cofaktoren als Kalotten von oben nach unten: Häm, Ubichinon (pink), 3Fe4S, 4Fe4S, 2Fe2S, FAD (rot) mit Substrat Succinat (schwarz).

Das Protein besteht beim Menschen aus vier Protein-Untereinheiten (siehe Tabelle).

Gen	Protein	Amino- säuren	UniProt	OMIM	Kommentar
SDHA	Flavoprotein-Untereinheit	621	P31040	600857	Komplex-II-Defizienz
SDHB	Eisen-Schwefel-Protein-Untereinheit	252	P21912	185470	Phäochromozytom, Paragangliom, Carney-Stratakis-Syndrom
SDHC	Cytochrom-b560-Untereinheit	140	Q99643	602413	4 Isoformen; Paragangliom, Carney-Stratakis-Syndrom
SDHD	Cytochrom-b560-Untereinheit	103	O14521	602960	Phäochromozytom, Paragangliom, Carney-Stratakis-Syndrom, Leigh-Syndrom und kolorektale Karzinome

Evolutionsbiologisch ist das Flavoprotein die älteste Untereinheit und homologe Proteine sind daher bereits in vielen Bakterien zu finden (EC 1.3.99.1). Mit der Evolution der Eukaryoten kam das Eisen-Schwefel-Protein hinzu, und mit den Wirbeltieren und dem dann hinzugekommenen Cytochrom wurde der Komplex in der Membran verankert.

Funktion

Das Enzym katalysiert die Oxidation von Succinat zu Fumarat und die Reduktion von Ubichinon (Coenzym Q) zu Ubichinol. Das im Citratzyklus als Wasserstoffüberträger bei dieser Oxidation entstehende FADH₂ tritt – im Gegensatz zum NADH – nicht frei auf, sondern ist als prosthetische Gruppe an die SdhA Untereinheit des Enzymkomplex gebunden. Seine Reoxidation erfolgt durch eine Kette von Einelektronenübertragungen beginnend bei den drei Eisen-Schwefel-Clustern Fe₂S₂, Fe₄S₄, Fe₃S₄ der SdhB Untereinheit, hin zum Cytochrom b₅₆₀ (in Mitochondrien) bzw. Cytochrom b₅₅₆ (in Bakterien) der Untereinheiten SdhC und SdhD. Dieses reduziert schließlich die chinoide – also oxidierte – Form des Coenzym Q (Ubichinon), in die phenolische Form, das Ubichinol.

Da die beteiligten Eisenkomplexe nur zu Einelektronenübertragungen fähig sind, erfolgt die Reoxidation des FADH₂ zu FAD bzw. die Reduktion des Ubichinons, die je zwei Elektronen liefern bzw. benötigen, in zwei Stufen über radikalische, jedoch stabile, semichinoide Zwischenstufen. Die Bindetasche für Succinat befindet sich in der Untereinheit SdhA; die für Ubichinon wird von den drei Untereinheiten SdhB, SdhC und SdhD gebildet. Ubichinon/Ubichinol ist, bedingt durch seine lipophile Polyisoprenyl-Kette, membranlöslich. Es dient daher als mobiler Elektronenüberträger vom Komplex II auf den Komplex III der Atmungskette.

Die Redoxkette der Succinat-Dehydrogenase:

Redox-Kette der Succinat-Dehydrogenase

Die Bilanzierung dieses Schrittes des Citratzyklus ergibt also eine Übertragung zweier Elektronen vom Succinat auf Ubichinon. Ein Protonentransport findet über dieses Enzym jedoch nicht statt.

Inhibitor

• Malonat

Siehe auch

• Citratzyklus
• Atmungskette

Weblinks

Wikibooks: Biochemie und Pathobiochemie: Citratzyklus – Lern- und Lehrmaterialien

• Video: Succinat-Dehydrogenase. Institut für den Wissenschaftlichen Film (IWF) 2005, zur Verfügung gestellt von der Technischen Informationsbibliothek (TIB), doi:10.3203/IWF/C-12757.