Lexikon der Medizinischen Laboratoriumsdiagnostik
Autoren
G. F. Hoffmann, C.-D. Langhans und A. Schulze

2-Ketoisovaleriansäure

2-Ketoisovaleriansäure
Synonym(e)
2-Oxoisovaleriansäure; 2-Oxoisovalerat
Englischer Begriff
2-oxo-isovaleric acid; KIV
Definition
Die verzweigtkettige 2-Oxosäure ist ein Intermediat im Stoffwechsel der Aminosäure Valin.
Struktur
C5H8O3; Strukturformel:
Molmasse
116,12 g.
Synthese – Verteilung – Abbau – Elimination
2-Ketoisovaleriansäure ist das Transaminierungsprodukt der verzweigtkettigen Aminosäure Valin. Im Abbau der Aminosäure Valin, der letztlich über Propionyl-CoA und Succinyl-CoA in den Citratzyklus mündet, wird das Transaminierungsprodukt 2-Ketoisovaleriansäure durch den Multienzymkomplex verzweigtkettige 2-Oxosäuren Dehydrogenase (BCKDH) zu Isobutyryl-Coenzym A umgesetzt.
Die BCKDH setzt sich aus 3 Untereinheiten zusammen: einer Decarboxylase (E1) mit Thiaminpyrophosphat als Koenzym, einer Dihydrolipoyl-Acyltransferase (E2) und einer Dihydrolipoamid-Dehydrogenase (E3).
Die 2-Ketoisovaleriansäure verteilt sich in allen Körperflüssigkeiten. Sie wird renal effizient ausgeschieden.
Funktion – Pathophysiologie
Ein Defekt der BCKDH resultiert im Krankheitsbild der Ahornsirupkrankheit (MSUD). Labordiagnostisch wird ein Anstieg verzweigtkettiger 2-Oxo- und 2-Hydroxysäuren im Plasma, Urin und CSF detektiert.
Erhöhte Konzentrationen resultieren zudem aus einem Defekt der Dihydrolipoyl-Dehydrogenase (E3). Dabei sind zusätzlich die Funktionen des 2-Oxoglutarat-Dehydrogenase- und des Pyruvat-Dehydrogenase-Komplexes defekt und führen zur Akkumulation weiterer pathologischer Säuren (Laktat, Pyruvat, 2-Oxoglutarat).
Die 2-Oxosäure/Aminosäure-Ratio ist im pathologischen Fall eines BCKDH-Mangels niedrig und begünstigt die Akkumulation der weniger toxischen Aminosäure.
Untersuchungen zur individuellen Toxizität der verschiedenen 2-Oxo- und 2-Hydroxysäuren liegen erst in Ansätzen vor. In-vitro-Studien deuten unter anderem auf eine Beeinflussung der Permeabilität der Blut-Hirn-Schranke hin, in deren Folge es zu einer Störung des Transports von zerebral bedeutenden Aminosäuren mit fatalen Folgen für die Biosynthese und die normale Funktion von Neurotransmittern sowie für das Hirnwachstum kommen kann
Untersuchungsmaterial – Entnahmebedingungen
Urin, in Ausnahmefällen Liquor oder Plasma.
Analytik.
  • Durch Flüssig-Flüssig-Extraktion im sauren Medium mittels Ethylacetat oder Diethylether nach vorangegangener Oximierung mit Pentafluorbenzylhydroxylamin (PFBHA)
  • Mittels Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS) als Pentafluorbenzyloxim-Trimethylsilylester
Retentionsindex RI: 1554 (syn), 1574 (anti)
M+ (m/z): 383
Quant Ion (m/z): 181
Conf. Ion (m/z): 368
Internationale Einheit
μmol/L (Plasma, Liquor)
Referenzbereich – Kinder
<2 mmol/mol Kreatinin.
Pathologischer Bereich: 300–800 mmol/mol Kreatinin.
Indikation
Unerklärliche Enzephalopathie bis zum Koma, vor allem im Neugeborenen-, Säuglings- und Kleinkindesalter und/oder assoziiert mit interkurrenten Infekten. Differenzialdiagnostik primärer Laktatazidosen.
Interpretation
Erhöhte Konzentrationen der 2-Ketoisovaleriansäure sind obligat als pathologisch zu werten und Ausdruck einer Störung der BCKDH. 2-Ketoisovaleriansäure ist neben anderen verzweigtkettigen 2-Oxo- und 2-Hydroxysäuren pathologisch erhöht bei der Ahornsirupkrankheit (MSUD). Vermehrte Ausscheidung von 2-Ketoisovaleriansäure wird auch bei einem Dihydrolipoyl-Dehydrogenase-(E3-)Mangel beobachtet. Dabei sind gleichzeitig die Funktionen des 2-Oxoglutarat-Dehydrogenase- und des Pyruvat-Dehydrogenase-Komplexes defekt und führen zur Akkumulation weiterer pathologischer Säuren (Laktat, Pyruvat, 2-Oxoglutarat).
Diagnostische Wertigkeit
Hoch für die Diagnostik einer Ahornsirupkrankheit (MSUD) bzw. eines Dihydrolipoyl-Dehydrogenase-(E3-)Mangels.
Literatur
Blau N, Duran M, Gibson KM, Dionisi-Vici C (Hrsg) (2014) Physician’s guide to the diagnosis, treatment, and follow-up of inherited metabolic diseases. Springer, Berlin/Heidelberg