Monooxygenase

Definition

Monooxygenasen sind zur Gruppe I der EC-Klassifikation gehörige Enzyme, die den Einbau eines Sauerstoffatoms in Form einer Hydroxylgruppe in ihr Substrat katalysieren. Aus diesem Grund werden sie auch als Hydroxylasen bezeichnet. Sie gehören zu den Oxidoreduktasen und bilden eine der größten Enzymfamilien des menschlichen Stoffwechsels.

Biochemie

Bei den von Monooxygenasen katalysierten Reaktionen wird ein Sauerstoffmolekül zu einer Hydroxylgruppe und einem Molekül H₂O reduziert, indem begleitend NADPH+H⁺ zu NADP⁺ oxidiert wird:

R-H + O₂ --> R-OH + H₂O

Wird der Sauerstoff in eine O- oder N-Methylgruppe eingeführt, entsteht ein Aldehyd, das leicht in Formaldehyd und eine Restkette zerfällt. Monooxygenasen können so auch Dealkylierungen katalysieren.

Zentrale Gruppe der Monooxygenasen ist das Häm protein Cytochrom P450, das die Bindung des Sauerstoffmoleküls ermöglicht. Dazu muss das Fe³⁺ des Hämzentrums zu Fe²⁺ reduziert werden. Im weiteren Verlauf wird ein Sauerstoffatom auf das jeweilige Substrat übertragen, das zweite Sauerstoffatom unter Bildung von Wasser freigesetzt.

Pharmakologie

Monooxygenasen sind wichtige Enzyme für die Biotransformation von Arzneistoffen, da sie durch das Anheften einer polaren Gruppe ein ursprünglich lipophiles Molekül polar und ausscheidbar machen können. Beispiel einer Monooxygenase ist das Cytochrom-450-Enzym CYP3A4.