Wie funktionieren die Schritte des Malat-Aspartat-Shuttles?

Das Malat-Aspartat-Shuttle ist ein biochemischer Mechanismus, der in Zellen verwendet wird, um Reduktionsäquivalente (NADH) aus dem Zytosol in die Mitochondrien zu transportieren, wo sie in der Atmungskette zur ATP-Produktion genutzt werden können. Hier sind die einzelnen Schritte des Malat-Aspartat-Shuttles:

1. **Oxidation von NADH im Zytosol**:
- NADH, das im Zytosol durch Glykolyse entsteht, wird durch die Enzymreaktion der Malatdehydrogenase (MDH) oxidiert. Dabei wird Oxalacetat (OAA) zu Malat reduziert:
\[ \text{Oxalacetat} + \text{NADH} + \text{H}^+ \rightarrow \text{Malat} + \text{NAD}^+ \]

2. **Transport von Malat in die Mitochondrien**:
- Malat wird durch einen spezifischen Transporter (Malat-α-Ketoglutarat-Transporter) in die Mitochondrienmatrix transportiert.

3. **Oxidation von Malat in den Mitochondrien**:
- In der Mitochondrienmatrix wird Malat durch die mitochondriale Malatdehydrogenase (MDH) oxidiert, wobei NAD+ zu NADH reduziert wird und Oxalacetat entsteht:
\[ \text{Malat} + \text{NAD}^+ \rightarrow \text{Oxalacetat} + \text{NADH} + \text{H}^+ \]

4. **Transaminierung von Oxalacetat**:
- Oxalacetat wird durch die Aspartat-Aminotransferase (AST) in Aspartat umgewandelt. Dabei wird Glutamat zu α-Ketoglutarat transaminiert:
\[ \text{Oxalacetat} + \text{Glutamat} \rightarrow \text{Aspartat} + \text{α-Ketoglutarat} \]

5. **Transport von Aspartat und α-Ketoglutarat**:
- Aspartat wird durch einen spezifischen Transporter (Aspartat-Glutamat-Transporter) aus den Mitochondrien ins Zytosol transportiert, während α-Ketoglutarat in die Mitochondrien transportiert wird.

6. **Transaminierung im Zytosol**:
- Im Zytosol wird Aspartat durch die zytosolische Aspartat-Aminotransferase (AST) wieder in Oxalacetat umgewandelt, wobei α-Ketoglutarat zu Glutamat transaminiert wird:
\[ \text{Aspartat} + \text{α-Ketoglutarat} \rightarrow \text{Oxalacetat} + \text{Glutamat} \]

Durch diesen Zyklus wird effektiv NADH aus dem Zytosol in die Mitochondrien transportiert, ohne dass NADH selbst die Mitochondrienmembran passieren muss. Dies ist wichtig für die Aufrechterhaltung der zellulären Energieproduktion.