Biochemical characterization of a glucose-6-phosphate dehydrogenase variant with favism: G-6-PD Zähringen

Summary

A 10 year old boy from an ethnically German family developed severe hemolysis after ingestion of fava beans. Extremely low activity of G-6-PD (1–4% of normal) was found in the patient's red cells. The enzyme deficiency was also observed in the red cells of two other members of this family.

This G-6-PD variant was partially purified and biochemically characterized. The defect enzyme has an increased affinity for its substrate G-6-P. The Km for G-6-P is 26–28 µM (normal: 40–60 µM). The Km for NADP is within the normal range (4.7 µM). The enzyme variant shows an abnormal biphasic pH optimum curve and a marked thermal instability. The rate of utilization of the substrate analogues 2-deoxyglucose-6-phosphate and galactose-6-phosphate is elevated.

Some characteristics of the investigated G-6-PD variant resemble those of the Mediterranean variety of G-6-PD, but there is no identity. In addition, the electrophoretic behaviour of the patient's leucocyte G-6-PD shows no similarity with the Mediterranean type of the enzyme.

The differences between the known types of variants and the type described here are sufficient to postulate the existence of a new G-6-PD variant.

Zusammenfassung

Ein 10jähriger Junge einer deutschstämmigen Familie erlitt eine schwere Hämolyse nach dem Genuß von Fava-Bohnen. In den Erythrocyten des Patienten wurde eine sehr niedrige Aktivität der G-6-PD gefunden (1–4% der normalen Aktivität). Der Enzymmangel wurde auch in den Erythrocyten von 2 weiteren Familienangehörigen beobachtet.

Die G-6-PD-Variante des Patienten wurde teilweise gereinigt und biochemisch charakterisiert. Das defekte Enzym hat eine erhöhte Affinität zu seinem Substrat G-6-P. Die Km für G-6-P beträgt 26–28 µM (normal 40–60 µM). Die Km für NADP liegt im Normalbereich (4,7 µM). Die Enzymvariante hat eine abnormale biphasische pH-Abhängigkeitskurve und eine erhebliche Thermolabilität. Die Umsatzrate der Substratanalogen 2-Desoxyglucose-6-Phosphat und Galactose-6-Phosphat ist erhöht.

In einigen Eigenschaften gleicht die untersuchte G-6-PD-Variante dem mediterranen Typ der G-6-PD. Es besteht aber keine Identität. Auch das elektrophoretische Verhalten der G-6-PD aus den Leukocyten des Patienten weicht von dem der mediterranen G-6-PD ab.

Auf Grund der unterschiedlichen Eigenschaften des hier beschriebenen Enzym-Typs und der bisher bekannten Varianten wird die Existenz einer neuen G-6-PD-Variante mit Favismus angenommen.