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Lexikon der Biologie: Schrittmacherenzyme

Schrittmacherenzyme, Enzyme, welche die geschwindigkeitslimitierende Reaktion von anabolen oder katabolen Stoffwechselwegen oder Reaktionszyklen katalysieren. Diese geschwindigkeitslimitierenden Reaktionen (engl. commited steps) sind meist die ersten irreversiblen, weil stark exergonischen (exergonische Reaktionen), Schritte innerhalb von enzymkatalysierten Reaktionsfolgen. Gewöhnlich sind die Schrittmacherenzyme wichtige Kontrollstellen bei der Regulation des Stoffwechsels. Manchmal stehen Schrittmacherenzyme am Anfang oder an Verzweigungen von Stoffwechselwegen (Biosynthesewege), oft aber auch innerhalb dieser. Sie kontrollieren an diesen Positionen die Durchsatzgeschwindigkeit der Metaboliten und können so ganze Stoffwechselwege sehr effektiv regulieren. Schrittmacherenzyme stehen durch ihre Fähigkeit, Metabolitenkonzentrationen und Umsatzraten konstant zu halten, einerseits im Dienste der Homöostase, andererseits können sie auch entscheidende Umsteuerungen im Stoffwechsel oder in der Entwicklung bewirken. Eine indirekte Kontrollfunktion üben endogene Faktoren (z.B. Hormone) oder exogene Faktoren (z.B. Umwelteinflüsse, Pathogene) aus. Die direkte Regulation der Enzymaktivität erfolgt in Form einer aktivierenden oder inhibierenden, sehr oft multiplen Regulation von hoher Spezifität und Empfindlichkeit, entweder über kovalente Modifikation (z.B. Phosphorylierung/Dephosphorylierung) oder über nichtkovalente allosterische Regulation (Allosterie) durch bestimmte Metaboliten. Manche Schrittmacherenzyme sind gleichzeitig auch Schlüsselenzyme für einen bestimmten Stoffwechselweg. Beispiele für Schrittmacherenzyme sind: Phosphofructokinase (Glykolyse), Acetyl-Coenzym-A-Carboxylase (Synthese von Fettsäuren), Glucose-6-phosphat-Dehydrogenase (Pentosephosphatzyklus), Fructose-1,6-bisphosphatase (Fructose-1,6-diphosphat; Gluconeogenese), 5-Aminolävulinat-Synthase (Synthese der Porphyrine), ADP-Glucose-Pyrophosphorylase (Synthese von Stärke).

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