Biochemie 2

Dabei laufen die katabole und anabole Rektionen gleichzeitig. Gegenläufige Reaktionen wie die Phosphorylierung von F6P zu F-1,6-BP bzw. dessen Rückreaktion (Reaktion der Fluconeogenese) mittels Hydrolyse laufen in diesem Fall gleichzeitig ab und das nennt man Susbtratzyklus. 

Eine Möglichkeit ihrer Nutzen besteht darin, dass Substratzyklen Stoffwechselsignale verstärken (Effizienz der Regulation wird unter Energieverlust erhöht). 

• Hummeln halten eine Thoraxtemperatur von 30 °C durch Substratzyklus mit voll aktiver Phosphofructokinase und Fructose-1,6-bisphosphatase im Flugmuskel aufrecht → Wärmeerzeugung durch ATP-Hydrolyse

• Honigbiene mit kaum aktiver Fructose-1,6-bisphosphatase kann dagegen bei niedrigen Temperaturen nicht fliegen

beschreibt den Kreislauf von Glucose und deren Abbauprodukten zw. Skelettmuskel und Leber. Der Skelettmuskel ist nicht in der Lage, Lactat in Glucose umzuwandeln, es fehlen ihm die Enzyme der Gluconeogenese. Aus diesem Grund besteht eine Zirkulation von Metaboliten zw. Muskel und Leber.

ATP für Muskelkontration wird aus schnellem Metabolismus von Glucose zu Lactat gewonnen. Lactat wird zur Leber transportiert und da zu Glucose (über Pyruvat) umgewandelt. Danach wird die Glucose in Blutstrom abgegeben. Leber und Muskulatur sind durch den Blutkreislauf miteinander verbunden.  

Überschüssige AS können nicht gespeichert werden, sondern werden als Brennstoffe abgebaut. Dafür wird der alpha-Aminogruppe entfernt und Kohlenstoffkette in ein gängiges Stoffwechselzwischenprodukt umgewandelt (Acetyl-CoA, Pyruvat, Acetacetyl-CoA, alpha-Ketoglutarat, Succinyl-CoA, Fumarat, Oxalacetat). 

alpha-Aminogruppe wird meistens uf alpha-Ketoglutarat übertragen. 

• PLP bindet AS als Schiff-Base
• PMP ist Zwischenprodukt der Transaminierung 

• alpha-Ketoglutarat kann in Citratzyklus eingehen

Ammoniak ist toxisch;

• Wassertiere → direkte Ausscheidung
• Landwirbeltiere → Umwandlung in Harnstoff 
• Vögel und terrestrische Reptilien → Umwandlung in Harnsäure

Beim Abbau der Purine (Entstehung der Harnsäure) kann es zur Gicht kommen., wenn eine unzureichende Harnsäureausscheidung über die Nieren erfolgt. 

Ornithin und Citrullin sind nicht proteinogene AS

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Einteilung der AS nach Abbauweg: 

• Ketogene AS → Acetyl-CoA, Acetacetyl-CoA → Fettsäuren, Ketonkörper

Leu, Lys, Ile, Phe, Trp, Tyr

• Glucogene AS → Pyruvat, alpha-Ketoglutarat, Fumarat, Oxalacetat → Gluconeogenese

Restliche 14 AS

• C-Co
• C-Ni

• Pyruvat
• Oxalacetat
• alpha-Ketoglutarat
• 3-Phosphoglycerat

Glutamin ist Aminogruppendonor bei Synthese vieler Bioprodukte und ein Speicherform von Ammoniak. 

Die von THF transportierte C1-Gruppe wird entweder an das N5 oder N10-Stickstoffatom oder an beide gebunden. 

Sulfhydrylgruppe von Cystein ist aus der essentielen AS Methionin, deswegen kann Cystein als essentielle AS angesehen werden. 

T soll in K angegeben werden: 

• T: 10°C => 273 + 10 = 283 K
• T: 80°C => 273 + 80 = 353 K

1. ∆G = ∆H - T∆S = 15000 J - 283 K * 50 J/K = 850 J = 0,85 kJ => nicht spontan
2. ∆G = ∆H - T∆S = 15000 J - 353 K * 50 J/K = -2650 J = - 2,65 kJ => spontan

K = \(10^{\frac{-(-20,9 kJ/mol)}{5,7 kJ/mol}}\)

K = 4641,59 = 4,6 x \(10^{3}\)

T = 25 °C = 25 + 273 = 298 K

R = 8,314 J/K*mol

K = 0.1

1. ΔG°`= - R T ln K = - 2477,572 J/mol * ln K = 5704,82 J/mol = 5,7 kJ/mol => nicht spontan 

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Verhältnis von [G6P] zu [G1P] = \(10^{\frac{-∆G`}{5,7 kJ/mol}}\)= 17,604 

Verhältnis von [G1P] zu [G6P] = 1/17,604 = 0,057

Enzyme (Biokatalysatoren) beeinflussen die Reaktionsgeschwindigkeit, nicht aber das chemische GGW => sie erniedrigen die Aktivierungsenergie des Uebergangszustandes durch selektive Bindung des Übergangszustands und dessen Stabilisierung, werden aber selber nicht aufgebraucht.  

Bei Reaktionen erster Ordnung hängt die Reaktionsgeschwindigkeit linear von der Konzentration eines Reaktanden A ab. Dies ist der Fall, wenn der Gesamtprozess lediglich eine unimolekulare Zerfallsreaktion umfasst. Hier handelt es sich um katalytische oder radioaktive Zerfallsprozesse. Die Reaktionsgeschwindigkeit ist nur von der Konzentration des zerfallenden Stoffes abhängig.

Zweiter Ordnung sind Elementarreaktionen, die auf bimolekularen Stößen beruhen. Beispiele hierfür sind nukleophile Substitutionen nach dem S_N2-Mechanismus sowie Eliminierungen nach dem E2-Mechanismus. In diesem Falle reagieren zwei Edukte zu einem oder mehreren Produkten (Edukte und Produkte werden gemeinsam als Reaktanden bezeichnet). Die Reaktionsgeschwindigkeit ist abhängig von den Konzentrationen der Ausgangsstoffe.

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Michaelis Menten Konstante entspricht der Susbtratkonzentration, bei der die Hälfte der Enzyme mit einem Substrat besetzt sind. Anhand des K_M-Werts  kann man herausfinden, wie „gerne“ sich ein Enzym mit dem passenden Substrat verbindet (Enzymaffinität). Ein niedriger K_M-Wert bedeutet, dass die Affinität zwischen Enzym und Substrat hoch ist. Aus einem hohen K_M-Wert kann man schlussfolgern, dass die Affinität zwischen Enzym und Substrat niedrig ist.

k_kat (Wechselzahl) ist die katalytische Konstante und gibt die Zahl der Umsetzungen an, die jedes aktive Zentrum eines Enzyms pro Zeiteinheit katalysiert.

Die meisten Enzyme arbeiten nicht unter Substratsättigung, oft ist die Substratkonzentration viel niedriger als Michaelis-Konstante. Somit ist die Reaktionsgeschwindigkeit weit unter k_kat, da die meisten aktiven Zentren unbesetzt sind.  

Bei Substratkonzentrationen weit unter dem K_M-Wert hängt die enzymatische Umsatzgeschwindigkeit also vom Quotienten k_kat/K_M (Katalytische Effizienz) ab: Je höher die Wechselzahl und je höher die Affinität (d. h. je kleiner der Km-Wert) eines Enzyms für sein Substrat ist, desto größer ist seine katalytische Effizienz.

• Irreversible Hemmung
• Reversible Hemmung:

Kompetitive Hemmung: Ein kompetitiver Inhibitor verringert die Katalysegeschwindigkeit, indem er die Anzahl der ES-Komplexe verringert. Die maximale Reaktionsgeschwindigkeit bleibt gleich, da die kompetitive Hemmung durch Erhöhung der Substratkonzentration aufgehoben werden kann => damit wird kompetitive Inhibitor aus der Bindungstasche verdrängt. K_M nimmt aber in Anwesenheit der Inhibitor zu.

Nicht-kompetitive Hemmung: Maximale Geschwindigkeit verringert sich, K_M bleibt jedoch gleich.  Da in diesem Fall der Inhibitor nicht durch das Substrat vom Enzym verdrängt werden kann, wird selbst bei sehr hohen Substratkonzentrationen die Maximalgeschwindigkeitdes Enzyms nicht erreicht.

• Gemischte Hemmung: V_max und K_M wird reduziert.

\(\Delta G\)... Aenderung der freien Enthalpie (der Reaktion)

\(\Delta G^{\ddagger}\)... Aktivierungsenergie  (Freie Enthalpie des Uebergangzustands)

\(v = v_{max} \cdot \frac{[S]}{[S]+K_{M}}\)

Wenn [S] >> K_M, dann v = v_max

Wenn [S] = K_M, dann v = v_max/2

Wenn [S] << K_M, dann v = v_max * [S]/K_M

Phosphorsäureester: Ester der Orthophosphorsäure

Phosphorsäureanhydrid: Sie entstehen formal durch Abspaltung von Wasser (Dehydratisierung) aus einer Säure.