Isocitratdehydrogenase katalyserer de kemiske reaktioner:
Isocitrat + NAD+ ⇌ {\displaystyle \rightleftharpunons }
2-oxoglutarat + CO2 + NADH + H+ Isocitrat + NADP+ ⇌ {\displaystyle \rightleftharpoons }
2-oxoglutarat + CO2 + NADPH + H+
Den samlede frie energi for denne reaktion er -8,4 kJ/mol.
TrinRediger
I citronsyrecyklusen gennemgår isocitrat, der produceres ved isomerisering af citrat, både oxidation og decarboxylering. Ved hjælp af enzymet isocitratdehydrogenase (IDH) holdes isocitrat inden for sit aktive sted af de omgivende arginin-, tyrosin-, asparagin-, serin-, threonin- og asparaginsyreaminosyrer. Den første boks viser den overordnede isocitratdehydrogenase-reaktion. De reaktanter, der er nødvendige for, at denne enzymmekanisme kan fungere, er isocitrat, NAD+/NADP+ og Mn2+ eller Mg2+. Reaktionens produkter er alfa-ketoglutarat, kuldioxid og NADH + H+/NADPH + H+. Vandmolekyler bruges til at hjælpe med at deprotonere isocitratets oxygener (O3).
Den anden boks er trin 1, som er oxidation af alfa-C (C#2). Oxidation er det første trin, som isocitrat gennemgår. I denne proces deprotoneres alkoholgruppen fra alfa-kulstoffet (C#2), og elektronerne strømmer til alfa-C og danner en ketongruppe og fjerner et hydrid fra C#2 ved hjælp af NAD+/NADP+ som en elektronacceptor-kofaktor. Oxidationen af alfa-C giver mulighed for en position, hvor elektroner (i det næste trin) vil komme ned fra carboxylgruppen og skubbe elektronerne (der danner den dobbeltbundne oxygen) tilbage op på oxygenet eller gribe en nærliggende proton fra en nærliggende lysinaminosyre.
Den tredje boks er trin 2, som er dekarboxyleringen af oxalosuccinat. I dette trin deprotoneres carboxylgruppens ilt af en nærliggende tyrosinaminosyre, og disse elektroner strømmer ned til kulstof 2. Kuldioxid forlader isocitratets betakulstof som en afgangsgruppe, idet elektronerne strømmer til ketonens ilt fra alfa-C og placerer en negativ ladning på ilten i alfa-C og danner en umættet alfa-beta-dobbeltbinding mellem kulstof 2 og 3. Det ensomme par på alfa-C-oxygenet opsamler en proton fra en nærliggende lysinaminosyre.
Den fjerde boks er trin 3, som er mætning af den umættede alfa-beta-dobbeltbinding mellem carbon 2 og 3. I dette trin af reaktionen deprotonerer lysin ilten fra alfa-kulstoffet, og det ensomme elektronpar på ilten på alfa-kulstoffet kommer ned og reformerer keton-dobbeltbindingen og skubber det ensomme par (der danner dobbeltbindingen mellem alfa- og betakulstoffet) væk og opsamler en proton fra den nærliggende tyrosinaminosyre. Denne reaktion resulterer i dannelsen af alfa-ketoglutarat, NADH + H+/NADPH + H+ og CO2.
Detaljeret mekanismeRediger
To aspartat-aminosyrerester (nedenfor til venstre) interagerer med to tilstødende vandmolekyler (w6 og w8) i Mn2+ isocitrat svine-IDH-komplekset fra svin for at deprotonere alkoholen fra alfa-kulstofatomet. Oxidationen af alfa-C’et finder også sted i dette billede, hvor NAD+ accepterer et hydrid, hvilket resulterer i oxalosuccinat. Sammen med den stereokemiske ændring fra sp3 til sp2 omkring alfa-C er der en ketongruppe, der dannes af alkoholgruppen. Dannelsen af denne ketondobbeltbinding gør det muligt for resonans at finde sted, da elektroner, der kommer ned fra den udgående carboxylatgruppe, bevæger sig mod ketonen.
Dekarboxyleringen af oxalosuccinat (nedenfor i midten) er et vigtigt trin i dannelsen af alfa-ketoglutarat. I denne reaktion abstraherer loneparret på den tilstødende tyrosinhydroxylgruppe protonerne fra carboxylgruppen. Denne carboxylgruppe betegnes også som betaunderenheden i isocitratmolekylet. Deprotoneringen af carboxylgruppen medfører, at det ensomme elektronpar bevæger sig nedad og laver kuldioxid og adskiller sig fra oxalosuccinat. Elektronerne fortsætter med at bevæge sig mod alfakulstoffet og skubber dobbeltbindingselektronerne (som danner ketonen) opad, så de kan trække en proton ud af en tilstødende lysinrester. Der opstår en alfa-beta-umættet dobbeltbinding mellem kulstof 2 og 3. Som du kan se på billedet, repræsenterer den grønne ion enten Mg2+ eller Mn2+, som er en cofaktor, der er nødvendig for, at denne reaktion kan finde sted. Metal-ionen danner et lille kompleks gennem ioniske interaktioner med oxygenatomerne på fjerde og femte kulstof (også kendt som gamma-underenheden af isocitrat).
Når kuldioxiden er spaltet fra oxalosuccinatet i decarboxyleringstrinnet (nedenfor til højre), vil enolen tautomerisere til keto fra. Dannelsen af keton-dobbeltbindingen startes ved deprotonering af dette ilt fra alfa-kulstoffet (C#2) af den samme lysin, som protonerede ilten i første omgang. Det enlige elektronpar bevæger sig nedad og sparker de enlige par, der dannede dobbeltbindingen, ud. Dette enlige elektronpar fjerner en proton fra det tyrosin, der deprotonerede carboxylgruppen i decarboxyleringsfasen. Grunden til, at vi kan sige, at Lys- og Tyr-resterne vil være de samme som i det foregående trin, er, at de er med til at holde isocitratmolekylet fast i enzymets aktive sted. Disse to rester vil kunne danne hydrogenbindinger frem og tilbage, så længe de er tæt nok på substratet.
 Oxidoreduktase trin, hvor NAD+ bruges til at acceptere et hydrid.
|
 Decarboxylering af oxalosuccinat.
|
 Mætning af den alpha-beta-umættede umættede dobbeltbinding.
|
Enzymet isocitratdehydrogenase som nævnt ovenfor producerer alfa-ketoglutarat, kuldioxid og NADH + H+/NADPH + H+. Der er tre ændringer, der er sket i løbet af reaktionen. Oxidationen af kulstof 2, decarboxyleringen (tab af kuldioxid) af kulstof 3 og dannelsen af en ketongruppe med en stereokemisk ændring fra sp3 til sp2.
 |
 Svinemitokondriel NADP+-afhængig isocitratdehydrogenase komplekseret med Mn2+ og isocitrat. Overfladebillede af lommen på det aktive sted, hvor isocitrat er bundet af polære aminosyrer.
|
 Svinemitokondrie NADP+-afhængig isocitratdehydrogenase komplekseret med Mn2+ og isocitrat.
|
 Svinekød Enzymkompleks; Aktivt sted isocitrat og tilstødende A.A.
|
Aktivt stedRediger
Enzymstrukturen af isocitratdehydrogenase (IDH) i Escherichia coli var den første struktur, der blev opklaret og forstået. Siden da er Escherichia coli IDH-strukturen blevet brugt af de fleste forskere til at foretage sammenligninger med andre isocitratdehydrogenaseenzymer. Der findes meget detaljeret viden om dette bakterielle enzym, og det er blevet konstateret, at de fleste isocitratdehydrogenaser ligner hinanden i struktur og dermed også i funktion. Denne lighed i struktur og funktion giver grund til at tro, at både strukturerne og aminosyrerne er bevaret. Derfor bør de aktive steder blandt de fleste prokaryote isocitratdehydrogenaseenzymer også være konserverede, hvilket er observeret i mange undersøgelser af prokaryote enzymer. Eukaryote isocitratdehydrogenaseenzymer er derimod endnu ikke blevet fuldt ud opdaget.Hver dimer af IDH har to aktive steder. Hvert aktivt sted binder et NAD+/NADP+-molekyle og en tosidig metalion (Mg2+,Mn2+). Generelt har hvert aktivt sted en konserveret sekvens af aminosyrer for hvert specifikt bindingssted. I Desulfotalea psychrophila (DpIDH) og porcine (PcIDH) er der tre substrater bundet til det aktive sted.
- Isocitrat binder inden for det aktive sted til en konserveret sekvens på ca. otte aminosyrer gennem hydrogenbindinger. Disse syrer omfatter (kan variere i restindhold, men med lignende egenskaber) tyrosin, serin, asparagin, arginin, arginin, arginin, arginin, tyrosin og lysin. Deres positioner på rygsøjlen varierer, men de er alle inden for en tæt rækkevidde (dvs. Arg131 DpIDH og Arg133 PcIDH, Tyr138 DpIDH og Tyr140 PcIDH).
- Metalionen (Mg2+, Mn2+) binder sig til tre konserverede aminosyrer gennem hydrogenbindinger. Disse aminosyrer omfatter tre aspartatrester.
- NAD+ og NADP+ binder i det aktive sted inden for fire regioner med lignende egenskaber blandt IDH-enzymerne. Disse regioner varierer, men ligger omkring , , , , og . Igen varierer regionerne, men nærheden af regionerne er bevaret.