Spezielle Biochemie

spezielle Biochemie

spezielle Biochemie


N. R.
Diese Lernkarten behandeln die Biochemie von Lipiden und deren Stoffwechsel auf universitärem Niveau. Sie konzentrieren sich auf die Struktur und Funktion von Fettsäuren, Glycerolipiden, Phospholipiden und Sphingolipiden, sowie auf Prozesse wie Fettsäureoxidation, Citratzyklus und ATP-Synthese. Die Karteikarten eignen sich für Studierende der Biochemie, die ein tiefes Verständnis der Energiegewinnung und des Lipidstoffwechsels erlangen möchten.
Flashcards
43
Students
2
Language
German
Category
Biology
Level
University
Created / Updated
20.08.2020 / 21.08.2020

Flashcards

Was bedeutet Leben?

Bereitstellung von Energie aus Nahrung um Leben zu schaffen

der Entropie entgegen wirken

Je komplexer ein Organismus desti mehr Ordnung desto mehr Energie und desto mehr kann Organismus leisten

Was ist die Innere Energie?

Energie die in Materie steckt

Innere Energie u --> Energie pro Masse - bestehend aus

a) thermischer Energie (fühlbare und latente Wärme)

b) chemische Bindungsenergie

c) kernphysikalischer Energie

Enthalpie Definition

Enthalpie H --> Innere Energie + Arbeitsaufwand um Platz für das Volumen zu schaffen.

delta H --> gesamter Wärmeinhalt eines Reaktionssystems

> 0 --> exotherm (Wärme wird frei)

< 0 --> endotherm (nimmt Wärme auf)

Entropie Definition

Entropie S --> Grad an Unordnung Universium wird immer unordentlicher

! genauso möglich nur extrem unwahrscheinlich

2- Satz Thermodyn.: In einem geschlossenen System kann die Entropie niemals abnehmen

--> Ordnung fortdert Energie --> durch Nahrung (Leben: Ordnung schaffen durch Energieaufwand der in Nahrung steckt)

delta S > 0 Zunahme der Entropie

delta S < 0 Abnahme der Entropie

Gibbs Energie Definition

Anteil der Energie die bei Reaktion Arbeit leisten kann.

delta G > 0 endergon (nicht spotan - Energie muss zugeführt werden)

delta G < 0 exergon (spontan - Energie wird frei)

delta G = delta H - Temp x delta S

oder

delta G0 = - R x T0 x ln(k0eq)   T in Kelvin, R = 8,315 J/molxK universelle Gaskonstante

Wie viel Energie aus einem ATP Molekül?

ATP + H2O --> ADP + Pi

--> delta G = -30,5 kJ/mol

Was ist die Aktivierungsenergie, warum so energiereich und wofür?

Energie die einer Reaktion zugeführt werden muss, damit sie ablaufen kann. Auch bei exergonen!!!

--> Damit auch exergone Reaktionen kontrolliert ablaufen.

Endergone Reaktionen laufen nur ab, wenn sie an exergone gekoppelt sind!

Aktivierungsenergie:

- Ausrichten von funktionellen Gruppen 

- Umordnen von Bindungen

- Erzeugen vorübergehend instabilen Bindugen

Erklärung der Dynamik des Lebens

lebende Organismen erreichen niemals stabilen Zustand

Existenz von Aktivierungsenergie ermöglicht Leben

dynamisches Fließgleichgewicht

Prozesse erzeugen Entropie in der Umwelt (durch Abgabe von Wärme) --> Entropie nimmt zu

Was ist der Metabolismus

Soffwechsel - Netzwerk aus chem Reaktionen 

bestehend aus Anabolismus: benötigt Energie --> Aufbau von Strukturen/ Schaffen von Ordnung

und Katabolismus: erzeugt nutzbare Energie aus Nahrung 

Grundprinzipien des Metabolismus

  1. streng reguliert
  2. wenige gemeinsame Zwischenprodukte
  3. ATP als universelle Energiewährung
  4. energetisch gekoppelte Reaktionen

 

Erklärung energetisch gekoppelte Reaktionen

viele endergone Reaktionen mit wenigern exergonen Reaktionen gekoppelt

Endergone können nur mit exergonen ablaufen

Erklärung ATP universelle Energiewährung

Mensch synthetisiert 50kg ATP / Tag, 200g liegen ständig vor

--> Zentrale Reaktion der Biochemie: Übertrag des instabilen Zustands von ATP auf  ein anderes Molekül durch P

ATP wird während Reaktion kovalent an Reaktionspartner gebunden --> instabiler Zustand

--> ATP bestehend aus Phosphatgruppen und Adenylat

- ADP + P ist resonanzstabiler als ATP

- ADP + P stabiler wegen H2O anlagerung

- ATP hohe elektrostatische Abstoßungen innerhalb des Moleküls

 

Weitere Elektronencarrier nennen

Oidation --> Beladen von e- | Reduktion --> entladen von e-

NAD+/NADH 

FAD/FADH2 

Coenzym A

 

Reihenfolge beim Katabolismus, Edukte und Produkte und dazugehöriger Ort und ATP Bilanz 

Glykolyse Stufe 1: Glukose --> Fructose-1,6-bisphosphat - 2 ATP [Cytoplasma]

Glykolyse Stufe 2: Fructose-1,6-bisphosphat --> Pyruvat 2 x (1 NADH + 2 ATP) [Cytoplasma]

Oxidative Decarboxylierung: Pyruvat --> Acetyl-CoA 2 x NADH [Mirochondirenmatrix]

Citratzyklus: Pyruvat --> keine Produkte nur oxidierte e-Carrier 2 x (3 NADH + 1 FADH2 + 1 ATP) [Mitochondrienmatrix]

Oxidative Phosphorylierung --> kein Produkt reduzieren der e-Carrier um Protonengradient aufzubauen der für den Antrieb der ATP Synthase sorgt  [innere Mirochondrienmembran] 

Bilanz: 2,5 ATP pro NADH = 25 ATP

+          1,5 ATP pro FADH2 = 3 ATP

                                            28 ATP durch oxi. Phos.

+                                            4 ATP aus Glykolyse und Citratzyklus 

                                             32 ATP pro Glukosemolekül

Erklärung Q10

Elektronencarrier 

Q --> oxidiert Ubichinon 

QH2 --> reduziert 

Müssen den Transport in Membran übernehmen, da NADH und FADH2 hydrophil

Komplex I Erklärung - Was passiert?

ca. 40% Protonentransport der Atmungskette

Übertrag von 2e- (von NADH) auf Komplex --> Ubichinol

--> neg geladen --> Änderung pKs --> 4 H+ aus Matrix

Komplex II Erklärung - Was passiert

!! hier keine H+ Pumpfunktion!!

2x hydrophil und 2x hydrophob --> Teil des Citratzyklus (Succinat --> Furamat) 

--> FADH2 wird beladen und belädt Q10 --> QH2 

Komplex III Erläung - Was passiert?

nimmt e- aus Komplex I und II auf --> herauspumpen von H+ 

Q-Zyklus: 

2 QH2 kommen an --> 2 e- auf 2 Cyc C laden  --> 4H+ aus Matrix

                               --> 2 e- auf Q10 --> dabei 2H+ aus Matrix entfernt

Komplex IV Erklärung - Was passiert?

Katalysiert e- Transport von Cyc C auf O2 --> H2O

4 e- aus 4 Cyc --> 4 H+ aus Matrix  + 4 H+ für H20 --> 8 H+ !aus Matrix !!

Komplex V Erkläung - Was passiert?

 

=> ATP Synthase

katalysiert ATP Synthese aus ADP und P durch protonenmotorische Kraft   HYDROLASE!

Fo (hydrophob) und F1 (hydrophil) --> Katalytische Aktivtät, in Matrix

H+ möchten zutück in die Matrix --> dadurch wird Asp neutral geladen --> unterer F1 teil dreht sich um 30° --> Für 1 ATP muss F1 um 120° drehen, 

6 Enzymklassen und Reaktionen

 

  1. Oxidation/Reduktion  --> Oxidase/Reduktase --> Übertrag von e-
  2. Gruppentransfer --> Transferase --> Übertrag von funktionellen Gruppen
  3. Hydrolyse --> Hydrolase --> Spalten von Bindungen durch Addition von H2O (z.B ATP Synthase)
    1. Isomesierung --> Isomerase --> Umordnung von Atomen und Bindungen
  4. Addition/Abspaltung --> Lyase --> Addition frunktioneller Gruppen an Doppelbindungen oder Abspaltung
  5. Ligation --> Ligase --> Bildung neuer kovalenter C-C bindungen

Stoffaustausch zwischen Mitochndrienmatrix und Cytosol

äußere Membran: Durchgängig für kleine Moleküle und Ionen
                              Voltage dependent anion channel --> freier Transport von Anionen

innere Membran: für die meisten Substrate nicht permeabel
                            NADH/NAD+ (hydrophil) nicht möglich daher --> Transport von e-
                             --> Malat-Asparat oder Glycerin-3-phosphat

                            ATP/ADP --> Translokase

 

Regulation des Citratzyklus

Pyruvat Dehydrogenase gehemmt durch ATP, Acetly-CoA

Isocitrat Dehydrogenase gehemmt durch ATP und NADH

alpha-Ketoglutarat Dehydragenase gehemmt durch ATP/NADH und Succinyl-CoA

Warum Phosphorylierung von C6 ? Kostet ATP???

- Keine Rückdiffusion (durch Glukosetransporter)

- verhindert Diffusion durch Plasmamembran

- hält Glukosekonz aufrecht

- Erkennungszeichen für Enzyme

Warum Umwandlung von Aldose in Ketose? 

Da der nächste Schritt (Phosphorylierung von C1) sonst ungünstig ablaufen würde

Bedeutung der PFK und was sie tut

Erneute Phosphorylierung der Fructose-6-phosphat zu Fructose-1,6-bisphosphat --> damit beide C3 später gleiche Voraussetzungen haben (ATP!)

Schrittmacherreaktion! (sehr langsame Reaktion), Regulationsschritt

--> Erst so spät da Glucose-6-phosphat nicht alleiniges Substrat der Glykolyse ist

hoher ATP Spiegel --> hemmt PFK

Einteilung von Lipiden?

  1. Ankerlipide --> Membrananke
  2. Funktionslipide --> Hormone, Cofaktoren
  3. Strukturlipide --> Membranlipide
  4. Speicherlipide --> Energiespeicher

6 + 2 Strukturklassen

  1. Fettsäuren z. B. Triacetylglycerine (Speicherlipide)
  2. Glycerolipide (Strukturlipide)
  3. Glycerophospholipide (Strukturlipide)
  4. Sphingolipide (Strukturlipide)
  5. Saccharolipide (Ankerlipide)
  6. Sterine z. B. Cholesterin und Gallensäure (Struktur- und Funktionslipide)
  7. Phenyllipide (Funktionslipide)
  8. Polyketide (Funktionslipide)

7. & 8. ähneln nicht im Aufbau sondern nur in der Biosynthese

Gemeinsamer Aufbau von Lipiden

Fettsäure (1-3) + Alkohol (Glycerol/Fettalkohol) [+ Verbinder] [+ Kopfgruppe]

Fettsäuren Information und Nomenklatur

  • aus hydrophilem Kopf und hydrophilen Schwanz
  • kann gesättigt und ungesättig (Doppelbindungen) vorliegen
  • in der Natur gerade Anzahl an C-Atomen

3 Arten von Nomenklaturen

a) Angabe cis/trans | Position angefangen von COOH | griechisches Zahlenwort | -en/dien/trien,... | säure

b) Delta und Position angefangen von COOH | griecheisches Zahlenwort | en,dien,trien und säure

c) omega | Position Doppelbindung vom CH3 Ende | usw.

Eigenschaften von Fettsäuren

  • je länger die Kette desto schlechter Wasserlöslich
  • je mehr Doppelbindungen desto besser Wasserlöslich

 

  • je mehr Doppelbindungen desto niedriger der schmelzpunkt (Öl hat viele Butter nicht)
    --> Können sich nicht so dicht zusammen packen
  • je länger die Kette desto höher der Schmelzpunkt

Fettsäuretransport im Blut --> müssen an Proteine gekoppelt sein --> Cholesterin

 

 

 

Eigenschaften von Glycerolipiden & Wachsen 

--> sind Neutrallipide ohne Gesamtladung

Fettsäure (1-3) + Alkohol/Aminoalkohol

  • Wasserunlöslich
  • Energiespeicher (Speicherlipide)
    --> Triacylglycerine --> alle 3 OH Gruppen mit Fettsäuren verestert
  • bei Wachsen: Fettsäure mit langkettigen Alkohol

Triacylglycerine Infomrationen

  • einfache Struktur
  • Tri + Name der Fettsäure
  • 3 Wertiger Alkohol und 3 Fettsäuren
  • Öltröpfchen im Cytosol (Adipozyten)
  • Speicherfunktion & Isolation
  • Wasserunlöslich --> kein Hydratwasser --> leichter als Polysaccharidspeicher!!!

Warum hat Fett mehr Energie als Glukose

Glukose besitzt 3 C2 Moleküle (Acetyl-CoA9

Fett besitzt viele mehr

Fett --> Oxidationszahl II

Glukose --> Oxidationszahl 0

Was sind die strukturgebenden Lipide unf Aufbau?

  1. Glycerophospholipide
  2. Sphingolipide
  3. Saccharolipide

alle aus Fettsäure, Plattform, Phosohat/ Sphingosin und Alkohol

Erklärung zu Sphingolipiden

20-30% eurkaryotischer Plasmamembranen 

Beeinflussen Membranfluidität, Signalübertragung druch Lipid Rafts

Zelluläre Erkennung

 

Welche Strukturtypen von Membranlipiden

Mizellen

Dollepschicht

Liposom

Eigenschaften von Doppelschichten

  • für Ionen und polare Moleküle durchlässig
  • H2O kann leicht passieren (Na & K benötigen viel länger)
  • Raumstruktur duer Lipide beeinflussen Struktur --> 1 FS: Keil (Mizelle) --> 2 FS: Zylinder (Doppellipid Vesikel) 
  • Ladung der Lipide --> beeinflusset Anordnung der Doppellipidschicht von Vesikeln / Zellmembran & Funktion
  • !!! Änderung der Lipidverteilung --> biologische Folgen
  • ! Je länger FS desto höher Schmelztemperatur
  • ! je höher Anteil an ungesättigten FS desto niedriger Schmelzpunkt. (weniger fluide) 
  • je mehr Doppelbindungen desto weniger Fluid

 

Synthese Membranlipide

  1. Glukose (wenn nicht aktiv benötigt) --> Dihydroacetonphosphat --> Glycerinphosphat --> Phosphattidat [ER]
  2. Triacylglycerin --> Glycerin --> Glycerinphosphat --> Phosphatidat [ER]

--> mit ALkohol --> Phospholipid --> Membranlipid

  1. Triacylgylcerin --> freie Fettsäure --> Triacylglycerin [Leber]

 

Aufnahme von Lipiden im Darm

  1. Triacylglycerine (wasserunlöslich) benötigen Gallensalze als Detergenzien
  2. Abbau in Fettsäuren & Monoglycerin (Lipasen)
  3. Transport durch Darmwand (Einbau als Mizellen in Gallensäure)
  4. Resynthese zu Triacylglycerin

 

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