5-Aminolävulinsäuredehydratase
5-Aminolävulinsäuredehydratase
Synonym(e)
5-Aminolävulinathydrolyase; ALAD; Porphobilinogensynthase; PBGS
Englischer Begriff
5-aminolevulinate dehydratase
Definition
EC 4.2.1.24: Enzym, das die asymmetrische Kondensation von 2 Molekülen 5-Aminolävulinsäure zu Porphobilinogen katalysiert. Zweites Enzym in der Biosynthesekette des Häms.
Struktur
Oktamer mit 2 Isoformen: 330 und 359 Aminosäuren. Das humane Enzym ist ein Oktamer mit einem Zink-Ion pro Untereinheit.
Molmasse
Monomere: 36,3 kDa (Isoform 1) bzw. 39,0 kDa (Isoform 2); insgesamt ca. 300 kDa.
Synthese – Verteilung – Abbau – Elimination
Es handelt sich um ein zytosolisches Enzym (Michaelis-Konstante KM = 90 μM für 5-Aminolävulinsäure pH 7, Vmax = 43 μmol/h/mg pH 7).
Funktion – Pathophysiologie
Das Enzym bewerkstelligt die Kondensation von 5-Aminolävulinsäure unter Ringschluss zum Pyrrolkörper Porphobilinogen, dem zweiten Porphyrinvorläufer. Hierbei handelt es sich weder in der Leber noch im Knochenmark um einen leistungsbegrenzenden Schritt der Hämbiosynthese. Reduktion der Aktivität auf die Hälfte des physiologischen Wertes (z. B. durch heterozygote Gendefekte) bleibt klinisch folgenlos. Erst Aktivitätsverminderungen um mehr als 80 % führen bei verstärkter Hämabforderung infolge der Induktion hämabhängiger Enzyme in der Leber oder erhöhter Hämdegradation zur Dysregulation der Hämsynthese aufgrund unzureichender bzw. fehlender Feedback-Hemmung durch das Endprodukt. Durch Anflutung der toxischen Porphyrinvorläufer (5-Aminolävulinsäure und Porphobilinogen) kommt es dann zur Ausprägung eines akuten hepatischen Porphyriesyndroms. Reduktionen der Enzymaktivität können neben genetischen Veränderungen auch exogen-toxische Einflüsse als Ursache haben. Hier spielen thioaffine Schwermetalle, z. B. Blei, eine entscheidende Rolle.
Diagnostisch wird die Aktivitätsbestimmung der 5-Aminolävulinsäuredehydratase zur Abklärung erhöhter 5-Aminolävulinsäure-Ausscheidungen im Urin ohne adäquaten Mitanstieg der Porphobilinogen-Exkretion genutzt. Die Analyse eignet sich zur differenzialdiagnostischen Unterscheidung zwischen exogen-toxischen (z. B. Blei), endogen-toxischen Einwirkungen (z. B. Succinylaceton bei Tyrosinämie) und genetischen Defekten (Doss-Porphyrie). Hierzu sind Reaktivierungsversuche erforderlich.
Untersuchungsmaterial – Entnahmebedingungen
Heparinvollblut (unzentrifugiert), Kühlung und rascher Transport in das durchführende Labor sind obligat. Alternativ können unmittelbar nach Entnahme der Blutprobe die Blutbildwerte (Hämoglobin, Erythrozyten, Hämatokrit) bestimmt werden. Nach zügiger Zentrifugation und Entfernung des Plasmas wird der Blutkuchen tiefgefroren. In dieser Form ist eine Asservierung für mindestens 3 Monate möglich. Der Probenversand erfolgt dann gefroren auf Trockeneis unter separater Mitteilung der Blutbilddaten, die für die Ergebnisberechnung benötigt werden.
Probenstabilität
Heparinblutproben sind gekühlt ca. 24 Stunden stabil. Längere Verweilzeiten auch unter Kühlung sind zu vermeiden, da es vereinzelt zu signifikanten Aktivitätseinbußen kommt.
Analytik
Photometrie nach enzymatischer Umsetzung (Endpunktmethode) von 5-Aminolävulinsäure zu Porphobilinogen. Die Bestimmung des Porphobilinogens erfolgt in üblicher Weise durch fotometrische Exktinktionsmessung bei 553 nm nach Umsetzung mit 4-Dimethylaminobenzaldehyd (Ehrlich-Reaktion). Bezugspunkt ist ein Pool von mindestens 20 Heparinblutproben von Normalprobanden ohne Genträgerstatus, dessen Aktivität 100 % entspricht.
Zur Prüfung der präanalytischen Integrität des Probenmaterials und Evaluierung der möglichen Ursachen einer eventuellen Aktivitätsverringerung der ALAD werden 4 Messansätze durchgeführt:
Konventionelle Einheit
%.
Internationale Einheit
mmol/l/h.
Umrechnungsfaktor zw. konv. u. int. Einheit
Die Umrechnung in % ist standard- und methodenabhängig.
Referenzbereich – Erwachsene
70–130 % (bezogen auf einen Normalprobandenpool). Leistungskenndaten s. u. Diagnostische Wertigkeit.
Referenzbereich – Erwachsene
Datenlage bisher unzureichend; es findet der Erwachsenen-Referenzbereich Verwendung.
Indikation
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Differenzialdiagnostik bei erhöhten Ausscheidungswerten von 5-Aminolävulinsäure und Koproporphyrin (insbesondere als Isomer III) im Urin bei normalem oder nur gering erhöhtem Porphobilinogen
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Klinisch-anamnestischer Verdacht auf Schwermetallintoxikation
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Abklärung eines Verdachts auf hereditäre Tyrosinämie
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Verdacht auf Doss-Porphyrie (ALA-D-Defekt-Porphyrie)
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Untersuchung von Familienangehörigen bei Doss-Porphyrie (Genträgerstatus)
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Keine als Suchtest geeignete Erstuntersuchung!
Interpretation
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Normale, basale Aktivitäten (Nativansatz) schließen eine Doss-Porphyrie, eine Tyrosinämie Typ 1 sowie eine akute Bleivergiftung weitestgehend aus.
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Verringerte Aktivitäten, die sich durch Zugabe von Dithiothreitol in den Referenzbereich anheben lassen, sprechen eher für ein präanalytisches Problem und sollten ggf. anhand einer frischen Blutentnahme kontrolliert bzw. verifiziert werden.
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Eine Doss-Porphyrie ist durch sehr niedrige Aktivitätswerte der ALAD (meist unter 10 %) charakterisiert, wobei Reaktivierungsversuche kaum Auswirkungen zeigen. In Einzelfällen gelingt eine Teilreaktivierung in den zinkenthaltenden Ansätzen. Allerdings werden normale Aktivitätswerte keinesfalls erreicht.
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Der Genträgerstatus im Hinblick auf eine Doss-Porphyrie zeigt sich anhand der auf etwa die Hälfte der Norm reduzierten Aktivität ohne oder bei allenfalls schwacher Reaktivierbarkeit. Bei den Betroffenen besteht dementsprechend eine erhöhte Empfindlichkeit gegenüber exogentoxischen Einflüssen wie Blei, Cadmium, Quecksilber o. Ä.
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Exogen- oder endogen-toxische Beeinflussungen des Porphyrinstoffwechsels können eine mehr oder weniger ausgeprägte Aktivitätsminderung der ALAD verursachen (bei Bleiintoxikationen kommen oft Werte unter 5 % vor!). Hier zeigen sich jedoch die Reaktivierungsversuche erfolgreich und können (insbesondere mit Zink und Dithiothreitol) oft hochnormale oder sogar erhöhte ALAD-Aktivitäten ergeben. Dies ist möglicherweise Folge einer Induktion unter den genannten Bedingungen.
Diagnostische Wertigkeit
Genaue Daten zur Sensitivität und Spezifität in Bezug auf die genannten Störungen bzw. Defekte liegen aufgrund der Seltenheit der Erkrankungen derzeit nicht vor. Der negative prädiktive Wert einer normalen ALAD-Aktivität vor dem Hintergrund klinisch aktiver Beeinträchtigungen (Doss-Porphyrie, Bleivergiftung, Tyrosinämie) dürfte jedoch auf mindestens 99 % geschätzt werden.
Literatur
Berlin A, Schaller KH (1974) European standardized method for the determination of δ-aminolevulinic acid dehydratase activity in blood. Z ClinChemClin Biochem 12:389–390
Geisse S, Brueller H-J, Doss MO (1983) Porphobilinogen Synthase (δ-aminolevulinic acid dehydratase) activity in human erythrocytes: reactivation by zinc and dithiothreitol depending on influence of storage. Clin Chim Act 135:239–245CrossRef