Butandiol-Dehydrogenase

2,3-Butandiol weist eine stereoisomere Spezifität auf. Einige Dehydrogenasen oxidieren eine Hydroxygruppe in der D-Konfiguration, während andere Dehydrogenasen eine Hydroxygruppe in der L-Konfiguration oxidieren. Da das meso-2,3-Butandiol Hydroxygruppen in der D-(−)- und L-(+)-Konfiguration beinhaltet, dient es als Substrat für alle (R,R)-Butandiol-Dehydrogenasen. Die Konfiguration von Acetoin, gebildet durch die Oxidation von meso-2,3-Butandiol, hängt davon ab, ob die Hydroxygruppe in der D-(−)- oder der L-(+)-Konfiguration oxidiert ist.

Das Bakterium Bacillus polymyxa beinhaltet die D-(−)-2,3-Butandiol-Dehydrogenase. Die 2,3-Butandiol-Dehydrogenasen der Bakterien Enterobacter aerogenes und Aeromonas hydrophila sind L-(+)-Dehydrogenasen. Bacillus subtilis beinhaltet beide D-(−)- und L-(+)-Dehydrogenasen. Die Konfiguration des Kohlenstoffatoms des 2,3-Butandiols, das nicht oxidiert ist, beeinflusst die Oxidationsrate. Bakterien, die meso-2,3-Butandiol, Natriumacetat oder Natriumlactat für den Energiestoffwechsel verwenden, beinhalten D-(−)-Dehydrogenasen. Bei Enterobacter aerogenes wird die D-(−)-Dehydrogenase bei racemischem Acetoin als Substrat bevorzugt, wohingegen bei der Verwendung von Kohlenhydraten die L-(+)-Dehydrogenase als Substrat bevorzugt wird.

Die Präsenz von verschiedenen Kombinationen von D-(−)- und L-(+)-Dehydrogenasen und Acetoin-Racemasen kann das Auftreten von drei isomeren 2,3-Butandiolen als Endprodukt der Fermentation von Kohlenhydraten erklären.[1]

${\displaystyle +}$ NAD⁺ ${\displaystyle \ \rightleftharpoons \ }$ ${\displaystyle +}$ NADH/H⁺

(R,R)-2,3-Butandiol wird durch die (R,R)-Butandiol-Dehydrogenase oxidiert und dehydriert. Neben dem Reduktionsäquivalent NADH entsteht hierbei (R)-Acetoin.

+ NAD⁺ ${\displaystyle \ \rightleftharpoons \ }$ + NADH/H⁺

(S,S)-2,3-Butandiol wird durch die (S,S)-Butandiol-Dehydrogenase oxidiert und dehydriert. Neben dem Reduktionsäquivalent NADH entsteht hierbei (S)-Acetoin.

(S,S)-Butandiol-Dehydrogenase kann ebenfalls die irreversible Reduktion von Diacetyl zu (S)-Acetoin katalysieren:

+ NADH + H⁺ ${\displaystyle \ \rightarrow \ }$ + NAD⁺

1. Mary B. Taylor, Elliot Juni: Stereoisomeric specificities of 2,3-butanediol dehydrogenases. In: Biochimica et Biophysica Acta. 39. Jahrgang, Nr. 3, 22. April 1960, S. 338–457, doi:10.1016/0006-3002(60)90197-9, PMID 13837186 (englisch).