Malat-Aspartat-Shuttle

Das Malat-Aspartat-Shuttle (Malat-Zyklus), ist ein System zum indirekten Transfer des Reduktionsäquivalentes NADH vom Cytosol in die Matrix der Mitochondrien. Es ist notwendig, damit das u.a. in der Glykolyse frei werdende NADH der in den Mitochondrien lokalisierten Atmungskette zugeführt werden kann, um dort als Energieträger für die ATP-Synthese zu dienen. Es kommt bei Säugetieren sowohl im Herz als auch in der Leber vor. Der Transportprozess ist nicht aktiv, es können also keine NADH- Gradienten auf-, sondern nur abgebaut werden. Damit ist für einen ins Mitochondrium gerichteten Transport ein Überwiegen der cytosolischen NADH-Konzentration im Vergleich zur mitochondrialen erforderlich. Wichtig ist, dass das Malat-Aspartat Shuttle im Muskel und im Gehirn eher selten verwendet wird, da es sehr viel langsamer ist im Vergleich zum Glycerin-3-Phosphat-Shuttle und einen NADH-Gradienten aufbaut.

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Funktionsweise

Das Shuttle-System besteht aus insgesamt drei verschiedenen Enzymen und zwei Antiport-Carriern. Der Arbeitszyklus beginnt mit der NADH-abhängigen Reduktion von Oxalacetat zu Malat. Als Enzym ist dabei die cytosolische Malat-Dehydrogenase aktiv, ein Isoenzym der auch im Citratzyklus beteiligten mitochondrialen Malat-Dehydrogenase. Das so gebildete Malat wird nun durch den Malat/α-Ketoglutarat - Carrier in die Matrix des Mitochondriums transportiert, wobei α-Ketoglutarat in Cytosol befördert wird, das in einem späteren Schritt des Zyklus zur Neubildung des (cytosolischen) Oxalacetats benötigt wird. Im Inneren des Mitochondriums wird das Malat durch die mitochondriale Malat-Dehydrogenase oxidiert, wobei NAD⁺ zu NADH+H⁺ reduziert wird. Die eigentliche Transportfunktion ist damit bereits erfüllt, allerdings sind zur Aufrechterhaltung des Zyklus noch einige weitere Schritte notwendig. So wird das Oxalacetat über eine Aspartat-Aminotransferase Glutamat-abhängig zu Aspartat aminiert, wobei zusätzlich das zuvor erwähnte α-Ketoglutarat gebildet wird. Das Glutamat stammt aus dem Cytosol, wobei es durch den Glutamat/Aspartat - Carrier gegen das entstandene Aspartat ausgetauscht wird. Im letzten Schritt des Zyklus wird das Aspartat durch die Aspartat-Aminotransferase zum Oxalacetat, dem Ausgangsstoff für die erste Reaktion, umgesetzt. Dabei wird zudem das ins Cytosol transportierte α-Ketoglutarat in Glutamat umgewandelt, welches wiederum zurück in den Matrixraum transportiert werden kann.

Einordnung in den Stoffwechselzusammenhang

Das Malat-Aspartat-Shuttle stellt neben dem Glycerin-3-Phosphat-Shuttle einen der Hauptwege des Transports von Elektronen/Reduktionsäquivalenten vom Cytosol in die Mitochondrien dar. Im Gegensatz zu diesem ist es deutlich energieeffizienter, da auch im Mitochondrium NADH als Reduktionsäquivalent hergestellt wird, und nicht wie im Glycerin-3-Phosphat-Shuttle das energetisch schwächere Flavin-Adenin-Dinukleotid FADH₂. So liefert ein cytosolisches NADH unter Verwendung des Malat-Aspartat-Shuttles in der Atmungskette 2,5 ATP, wohingegen es beim Transport durch das Glycerin-3-Phosphat-Shuttle lediglich 1,5 ATP erzeugen würde. Des Weiteren dient das Shuttlesystem dem Transport von Oxalacetat ins Zytosol im Rahmen der Glukoneogenese.

Literatur

• Stryer et.al.: Biochemie. 5. Auflage Spektrum Akademischer Verlag, 2003
• Fallert-Müller et.al.: Lexikon der Biochemie, Spektrum Akademischer Verlag, 2000