BC.0114

Muskel

• E-Quelle: Gluc aus Glykogen, FS und KetKörp (beta-hydroxybutyrat)
  • ATP (4s, anaerob)
    • PhCratin (7s, anaerob)
      • Glykogen + Anaerobie wenn nötig
        • oxidative Phosphorylierung (aerob) + Anaerobie wenn nötig
• E-Lieferant
  • nur in Form von AS
    • vor/nach? Abgabe FS aus Adipoz
    • Abgabe Alanin in Blut, das in Leber zu Pyruvat wird
  • nie in Form von Glucose
    • enthält weder G6Phosphatase noch Glucagonrezeptor --> kann keine eigene Glucose synthetisieren (aber Glykogensynthese schon!)
  • Adrenalin-Rezeptoren vorhanden: reguliert Auf/Abbau Glykogen (in Leber gleiche System nur mit Glucagon als Signalgeber) --> Muskel Glucagon-unabhängig: Muskelarbeit auch bei Energiemangel (hohe [Glucagon]) möglich, weil E in Muskel gespeichert bleibt und mobilisierung dieser durch anderen Botenstoff als Glucagon gewährleistet
  • Adrenalin wirkt unabhängig von Glucagon und Insulin: beispiel an PFK2
    • Herz: Adrenalin aktiviert über [cAMP]↑ die PFK2: Glykolyse sowie Glykogenabbau --> E-Verbrauch
      • PFK wird nicht èber Phosphorylierungen reguliert (=entweder aktiv oder inaktiv?)
    • Leber: Glucagon verringert über [cAMP]↑ die PFK2: Gluconeogenese und Glykogenabbau --> Glucoseabgabe
  • Aerobie/Anaerobie
    • exercice intense: 25x höhere O2-Verbrauch (Ruhe 30% O2 des Körpers)
    • Abbau G6P aus Glykogen übersteigt max. Geschwindigkeit des Citratzyklus und oxPhosph bei weitem! --> Pyruvat wird anaerob zu Lactat abgebaut, wenn letztere nicht mehr folgen können
      • in anaerobie laufen auch aeroben pathways, nur werden sie durch anaeroben übertönt
      • Sauerstoffschuld: Lactat wird in Leber über Cori-Zyklus zu Glucose recycelt (=gluconeogen). gluconeogenese läuft immer aerob ab (ATP-abhängig). Dh in anaeroben Vorgängen fehlende O2 wird später verbraucht, um Lactat wieder in Glucose umzuwandeln.
  • Muskelermüdung
    • Schutzfunktion
    • bedingt durch pH-Abfall sowie erschöptem ATP-Vorrat

pH sinkt weil Protonen in Glykolse freigesetzt werden

• funktion: E-Reserve und Homöostase über E-lieferung (nach Leber zweitwichtigstes Organ dafür!)
• Fette in form von TAG gespeichert
  • erhält FS aus Leber, die mit Glycerol3Phosphat zu TAG verestert werden
  • G3P stammt aus Glykolyse oder Gluconeogenese im Fettgewebe --> Glycerin nicht endogen phosphorylierbar, Kinasen dafür fehlen! --> Adipos angewiesen auf Glucose
  • Regulation
    • TAG hydrolisiert wenn Insulin/Glucagon oder Adrenalin signalisierend wirken
    • viel G3P (guter Ernährungszustand) --> Veresterungen nehmen zu, hingegen werden FS mobilisiert wenn wenig G3P vorhanden
• Übergewicht
  • Adipozyten streben gewissen Füllungszustand an
    • wird dieser überschritten differenzieren sich neue Adipozyten
      • Übergwicht: mehr Adipozyten in Zahl, nicht in Füllungszustand
        • Modulieren Hungergefühl über Metabolismus (erhöhen Set-point)
    • wird diser unterschritten wird Differenzierung nicht rückgängig gemacht
  • Set-point bei Adis zu hoch: Ungleichgewicht zw. Nahrungsaufnahme und Körpergewicht --> Instandhaltung Balance entgleist
    • Reduktion Nahrungseinnahme auf Normal mit wird Hungersymptomen beantwortet

Funktionen und E-Lieferanten der le beurre

• Blutglucose konstant halten (~6 mM)
  • schwankt zwischen 4 - 11mM (respektive Nachts und nach Carb-reichen Mahlzeit)
  • Glykogenspeicher reicht für ca. 6h, danach Gluconeogenese aus AS
• Glucoseaufnahme
  • Glukokinase: tiefere Affinität für Gluc als Hexokinase, wird nicht von G6P inhibiert
    • anderen Gewebe sollen zuerst versorgt, Leber erst wenn diese gesättigt
    • Leber kann Glucose selbst synthetisieren, Bedarf gluc-Zufuhr geringer
  • direkt, weil Hapytozyten für Glucose permeabel sind --> Insulinunabhägige Aufnahme
  • Umwandlung zu G6P in vivo kaum sättigbar --> je höher Blutgluc desto mehr G6P gebildet
• Aufnahme anderer Zucker (Fructose, Galactose & Mannose): auch zu G6P phosphoryliert
• Aufnahme Lactat: verwendet für Gluceoneo- und Lipogenese sowie oxPhosph.

Energiequellen le beurre

• Glucose oder FS bei hohem E-Bedarf des Körpers (Ketokörper in Leber nicht verwertbar!) --> dienen beide als Acetyl-CoA-Quellen

G6P

• zu glucose
• zu Glykogen wenn genügend Glucose vorhanden
  • Glucagon/Adrenalin hoch --> Prozess gestoppt
• zu Acetyl-Coa, das zu Grossteil der FS-Synthese dient
• G6P kann in PPP, dadurch wird NADPH gewonnen, das le beurre gut für FS und Nukleotid Biosynthese verwendet

TAG

• Hoher E-Bedarf (tiefe Blutgluc): FS zu Acetyl-CoA zu Ketonkörper --> E-Versorgung Peripherie gewärhleistet
  • Carnitin palmitoyl transferase I aktiv: FS-Biosynthese ausgeschaltet und dafür mitochondriale Biosynthese Ketokörper aktiv
  • Glucokinase-Aktivität unter diesen Umständen reduziert: Ausfluss von Glucose in Blut 
• Niedriger E-Bedarf (hohe Blutgluc): FS als VLDL mobilisiert um TAG-Synthese in Adipozyten anzuregen
  • Carnitin palmitoyl transferase I inaktiv: Mitochondrien können keine FS aufnehmen.
    • hapatozytischer Acetyl-Coa-Bedarf über Glykolyse gedekt

Insulin: E-Speicher in Fett und Muskel aufbauen

• Glucose wird in b-Zellen dank Glucokinase zu G6P, das zu Pyruvat wird --> Signal für Insulinfreisetzung
• reguliert und nichtregulierte Kanäle
  • GLUT4 in Vesikeln, die sich in membran einbauen
    • Insulin/Glucagon sensitiv
  • GLUT1: Insulinunabhängig, Gehirn
  • GLUT2: auch insulinunabhägig, bidirektinaler Transport, in Lebergewebe
    • Insulin hemmt in Leber Prozesse die bei hoher [Gluc] keinen Sinn machen: Gluconeogenese und Glykogenolyse
  • Rezeptor: Rezeptor Tyrosin Kinase aktiviert über RAS-Kaskade Genexpression
    • Diabetes Typ II (insulinunabhängig, insulinresistent) beruht auf defekter Signaltransduktion oder Rezeptorexpression
      • Ursachen
        • Überessen: Insulinrezeptor-Synthese überlastet --> mit Zeit weniger davon synthetisiert
        • chronische Hyperglycämie: sensig von noch höheren Blutgluc-Werten erschwert
        • Übergewicht: [FS]pl erhöht bei Adis, was Insulin-signaling beeinträchtigt 

Glucagon

• keinen Effekt auf Muskel
• Rezeptoren: Rs-Rezeptor bewirkt über den second mesenger cAMP eine zelluläre Antwort (Phosphorylierung der PKA?)
  • b-adreneger Rezeptor involviert

Adrenalin (=Epinephrin)

• einzige positive Wirkung auf Gluconeogenese
• Rezeptoren: a-adrenerg oder Rs-rezeptor für Glucagon --> bewirkt in beiden Fällen zelluläre Antwort (=schnell!)

AMP-Kinase

• über [AMP]/[ATP] reguliert --> viel AMP Zeichen für E-Depletion, also Einschalten der AMP-Kinase umvorATP-Mangel zu schützen (schlatet unnötige pathwaysab)
  • AMP-Kinase wird durch LKB1-Kinase (liver Kinase B1) über Phsophorylierung aktiviert
    • LKB1 reguliert über Adiponectin: zirkulierendes, von Adipozyten abgegebenes Peptidhormon, das AMPK-Phosphorylierung fördert
      • Viele Adipozyten führt zu wenig Adiponectin, weil dieses von TNFalpha reduziert wird,das bei hoher Adipozytenzahl stärker vorhanden ist
  • AMPK inhibiert bei hoher [AMP]
    • unnötige Cholesterin und FS-Biosynthese, um Zelle vor E-Mangel zu schützen
      • deaktivierung relevanter Enzyme der Lipo- und Gluconeogenese über Phosphorylierung derjenigen
    • Lipolyse in Adipozyten: HSLipase spaltet keine FS aus TAG in Adipoz mehr frei --> [FS]pl sinkt, was u.a. Insulinsensing verbessert
  • AMPK fördert bei hoher [AMP]
    • ATP-Synthese: ischämische Herzmuskel schaltet dank AMPK auf anaerob um. Dabei wirkt diese auf PFK2
    • FS-Oxidation indem acetyl-CoA Carboxylase inhibiert wird
      • weniger malonyl-CoA --> weniger Carnitin Palmitoyl transferase I Inhibierung: mehr FS-Oxidation weil apportan Palmoyl-CoA zunimmt
    • Glucoseaufnahme in Skelettmuskel
      • GLUT1 & GLUT4 Expression erhöht --> Insulinausschüttung wird amplifiziert: mehr Gluc-Import für gleich viel Insulin

Leptin

• zirkulierender Faktor,wirkt im Hypothalamus
  • hemmt auftreten von Hungergefühl
  • Rezeptoren (OB-R) auf versch. Neuronenpopulationen des Hypothalamus exprimiert
    • Leptin-Resistenz bei Übergewicht möglich --> Serum-Leptin hoch
    • Leptinrezeptor funktioniert über JAK/STAT-Signalweg: STAT wirkt im Zellkern als TF
  • kann injiziert werden: führt in Mäusen zu Gewichtsverlust
• genetisch durch OB-Gen codiert,nur in Adipozyten exprimiert
  • Informiert über Zustand der Fettreserven: wenig Fett wenig Leptin --> viel Hunger

Neuropeptid Y

• Antagonist von Leptin und Insulin --> stimuliert Appetit
  • Leptin-resistenz bzw. tiefe Leptin-Antwort führt zu erhöhter [NPY]
• von Hypothalamus sezerniert
• Struktur: 36AS, C-Term aminiert

Gastrointestinale Hormone:

Ghrelin (Akronym: growth hormone release inducing)

• Ser auf Pos.3 mit C8-Kette ergänzt --> garantiert Aktivität Ghrelins
• Stimuliert
  • Appetit: [Ghrelin] nimmt bei Fasten(Schlafmangel zu
  • Wachstumshormonfreisetzung

PYY_3-36

• aus Ileum proportional zu kal-Aufnahme sezerniert
  • v.a. Fette regen Freistzung an
• nimmt bei Fasten zu, postprandial ab --> reduziert Appetit
• physiologische Wirkungen vgl Bild
  • gründsätzlich wird gute/vollständige Verdauung gefördert

Nahrungsabhängige Signale

• lange FS-CoA Indiz für Nahrungüberschuss
• AMPK
  • aktiv wenn
    • Nahrungsmangel (viel AMP) --> FS-Oxidation nimmt zu
    • Ghrelin prädominiert
  • soalnge AMPK aktiv, wird mTOR (mechanistic Target of Rapamycin) inaktiviert
    • mTOR für Leptinsynthese wichtig--> mTOR inaktiv = weniger Leptin
    • mTOR wird ebenfalls durch Ghrelin und AS inhibiert
  • inaktiv wenn: Insulin/Leptin prädominieren

Nucleus arcuatus beheimatet zwei Neuronenpopulationen

• AgRP/NPY: fördern Hunger über NPY-Sekretion
• POMC/CART: hemmen Hungergefühl aber erhöhen E-Metabolismus
• Enflussnehmende Peptidhormone vgl Bild (Rezeptoren zeigen, welche Stoffe andocken können)
  • AgRP/NPY-Neurone hemmen sich selber, wenn sie das Hungergefühl fördern
  • GG zw. Hunger und Sättigung wird durch Insulin&Leptin, ghrelin und PYY geregelt

Hypothalamic neuronal circuits

• zwei Neuronenpopulationen projezieren auf
  • PVN: paraventrikulärer Nukleus: verantwortlich für Hungegefühlsenkung
  • lateralen Hypothalamus: erhöht Hungergefül
    • diese wiederum beeinflussen Belohnungssystem sowie Sättigungssystem
      • befindet sich dieses nicht in GG --> physische&psychische Patho (Übergewicht+Depression)
      • kompulsives Verhalten: Störung des Belohnungsystems --> Sucht
• Aktivität der circuits bzw. Hungergefühls unterliegt Zirkadianrythmus (Freistzung Fetten aus Leber, Sonnenlicht)

Leptin & CCK

• Leptin erreicht ARC im Hypothalamus über Blut, CCK stimuliert hingegen NTS über n. vagus
  • leptin kann auch NTS ereichen, CCK hingegen nur NTS
• beide hemmen Hungergefühl: Neurone integrieren Signale --> ein einziges Resultat

Thermogenin

• in mitochondrienmembran eingebauter ionenkanal
• in Mitos des braunen Fettgewebes lokalisiert

Nahrungsinduzierte Thermogenese

• postprandial wird Grundumsatz erhöht, um einerseits Absorbtion zu gewähleisten, andererseit um Fettleibigkeit zu verhindern.

Kälteinduzierte Thermogenese

• Thermogenin wird aktiviert und verursacht vorübergehenden Kurzschluss des Protonengradienten zwischen äusserer Membran und Matrix
  • Ox. Phosph bleibt stehen
  • Reibung durch Protonenfluss erzeugt Wärme
• Thermogenin wird inaktiviert sobald Mito freie FS-Reste oxidiert --> Ox.Phosph setzt sich wieder in Gang

Absorbierte Stoffe werden schneller verstoffwechselt als sonst

• Glucose
  • gelangen in Glykolyse oder Glykogen/FS-Synthese
  • Gluconeogenese aus Glykogen versorgt Körper mit Glucose, solange noch nicht in ketogenem Metabolismus
• Fette
  • in b-Oxidation oder TAG-Speicher
• AS
  • können nicht gespeichert werden --> Glykogen- und Proteinsynthese
  • dienen vor Adipozyten und nach Glykogen als E-Quelle:
    • Glycerol aus Proteinabbau als antrieb für Gluconeogenese
      • Glycerol kann auch aus TAG synthetisiert werden. Dabei entstehen zusätzlich freie FS --> diese können NICHT in Gluconeogenese eingelscheust werden, da Pyruvat nicht aus Acetyl-CoA synthetisiert werden kann.
      • Problem: Muskelabbau vs. Nahrungssuche (Bewegung nur mit Muskeln möglich). Lösung: Ketogen
• Ketogenese
  • FS zu Acetyl-CoA zu Ketonkörpern
  • Muskelabbau nimmt wieder ab, Fettreserven werden verwendet
    • Überlebenszeit abhängig wie gross Reserve zu Beginn der Ketogenese ist
  • Hirn beginnt Enzyme zu synthetisieren, um Ketone zu verwerten
  • (verlängert Lebensdauer bei Nagern, hemmt Krebszellenwachstum)
  •  

N2-Assimilation

• Nitrat-Assimilation
  1. Nitratreduktase
     • Reduziert Nitrat (NO3) mithilfe 3 Prost.gruppen
       • Häm, FAD, Pterin: können 2 é aus NADH übernehmen und auf NO3 übertragen (reihenfolge vgl Bild!)
     • Dimerisch Aufgebaut (2 x 3 prosth-Gruppen)
     • im Zytoplasma
     • Reguliert über Dessourcenverfügbarkeit: Licht, Carbs, Stickstoff
  2. Nitritreduktase
     • wieder Reduktion, diesmal von Nitrit (NO2) zu Ammoniak
     • In Chloroplasten
       • Aufnhame von Nitrit durch spezielle Transporter
     • 2 prosthetische Gruppen: Ferredoxin und Eisen-Schwefel-Cluster
     • Elektronen:
       • é-Überträger: Ferredoxin
         • stammt aus pflanzlichen Atmungskette in Chloroplasten
         • wird dank in Photosynth generiertem NADPH recyclet
       • é-Quelle: Sonnenlicht bzw Photosynthese
• Ammonium-Assimilation

Ammonium Assimilation amk!

1. GS: Glutamin-Synthetase
   • NH4 über Ligase auf Glutamat gebunden --> Glutamin
   • ATP-Verbrauch
2. GOGAT: Gluthamin-2-Oxoglutamat-Aminotransferase
   • Glutamin + 2-Oxoglutarat --> 2 Glutamat
     • 2-Oxoglutarat stammt aus transaminierung von Glutamat mit Oxalacetat. Dabei entsteht zusätzlich auch Aspartat.
       • Für diese Transaminierung ist Vit B6 nötig
       • Aspartat wird über Malat-Aspartat-shuttle aus Mitos exportiert
       • Aspartat dient Asparaginsynthese, bei der ebenfalss Glutamat entsteht
   • é gesponsert by Ferredoxin oder NADH
   • Transferase

Assimilation von Ammonium über GS & GOGAT ist gleiche Reaktion wie GDH in Mitos von Säugern. Pflanzen haben ebenfalls GDH.

Fixierung immer über mutuelle Symbiose: Bakterium synthetisier Hämgruppe, Pflanze Proteinbackbone des LegHb. keine Symbiose = fehlender Bestandteil des LegHb --> keine N2-Fixierung

Azolla-Anabaena (Cyanobakterium): in Vakuolen der Algenblätter

Soja-Rhizobium (kann auch mit anderen Leguminosen symbiotisieren)

• Symbiose:
  • Chemotaxis über Flavonoide
  • Bakterium ändernt eigenen metabolismus und beginnt, Nod-Faktor freizusetzen, der an Lektinen andockt und als TF in pflanzlichem ZK wirkt: Einnisten/Infizieren der Pflanze durch Bakterium nun möglich
    • Einnisten inter- oder intrazellulär, je nach Spezies
    • Nod-Faktor durch Nod-Gen codiert, das erst über Flavonoid+Nod D (Promotor?) aktiviert wird

N2-Fixierung

• unter Abwesenheit von Sauerstoff: in Heterozytsen oder Knöllchen
  • N2-fixierende Bakterien leben anaerob
  • Photosynthese läuft unvollständig ab: dadurch wird zwar ATP aber kein O2 gebildet
• Nitrogenase fixiert N2 aus Luft, sobald keine andere N2-Quelle zu Verfügung steht
  • Differenzierung von Heterozysten bei N2-Mangel
  • N2 --> NH3 + H2 + H3PO4 (Phosphorsäure)
  • sehr E-aufwändig: 16 ATP pro synthetisiertem NH3-Molekül
    • endergon, hohe aktivierungs-E wird typischerweise durch Nitrogenase verringert
  • Nitrogenase-Enzymkomplex:
    • zwei Untereinheiten
    • é für N2-Reduktion aus Ferredoxin stammend
    • genaue Mechanismus unklar

1. Ausgangstoff: Aspartat
   • ATP-Verbrauch
   • Für K,L, M fungieren unterschiedliche Aspatokinasen: individuelle Regulation möglich
2. wichtiges Intermediat: b-aspartat-semialdehyd
   • kann direkt zu Lysin weiterverstoffwechselt werden
   • kann unter NADPH-Verbrauch zu Homoserin weiterverstoffwechselt werden, das wiederum Vorläufer ist für
     • Threonin
     • Methionin
       • Methionin wird aus Homocystein (das von Homosiderin stammt) synthetisiert, das:
         • dank THF eine Methylgruppe erhält
         • B12 abhängig ist
         • in Säugern häufig in SAM-Synthese übergeht

• Ausgangstoff: Pyruvat
  • wird über acetolactat-Synthase decarboxyliert, wodurch instabiles Hydroxyethyl entsteht
    • wird über TPP resonanz-stabilisiert (TPP Teil der acetolactat-synthase
    • Acetolactat-Synthase VitB1 abhängig
  • Speziell: Acetolactatsynthase katalysiert/verbindet zwei verschiedene Pathways
    • Valin & Leucin pathway
      • a-ketoisovalerat wird von Valinaminotransferase zu Valin verstoffwechselt
      • leucin hat eigene Leucinaminotransferase
    • Isoleucin pathway
      • ebenfalls Valinaminotransferase! synthetisiert aber Isoleucin aus a-keto-b-methylvalerat
        ==> Substrat entscheidet über Enzymwirkungder Valinaminotrnasferase

PEP dient als Vorläufer von Tyrosin, Triptophan und Phenylalanin

• Chorismat
  • wird zu Phrephenat: unmittelbarer Vorläufer Phenylalanin und Tyrosin
    • Phenylalanin kann durch Hydroxylierung zu Tyrosin konvertiert werden
  • oder zu Anthranilat
    • Reaktion Glutaminabhängig
    • wird zu Indol-3-glycerolphosphat
      • Triptophansynthase übernimmt nun zwei Teilrekationnen mit verschiedenen UE
        • alpha-UE: nichts Spezielles
        • beta-UE: PLP abhängig

• aus PRPP und ATP
• Glutaminaminotransferase erzeugt zwei Produkte
  • imidazolglycerolphosphat als direkter Vorläufer von His
  • anderer Stoff, der in Putin biosynthese eingeschleust wird

• Wird aus Glycin und Succinyl-CoA synthetisiert
  • durch ALA-Synthase zu ALA verstoffwechselt
    • zwei ALAs bilden ein Porphobilinogen (PBG)
    • ALA-Synthase Schrittmacherenzym und reguliert durch Häm-Feedback
    • Häm wird letzdendlich durch Ferrochelactasein Mito zusammengesetzt
• benötigt PLP zur Biosynthese
• Findet in Mitos und Cytosol verschiedener Gewebe statt
  • Nur Erythrozytenvorläufer verfügen über wichtigen Enzyme
  • Leber auch involviert
    • Porphyrien: Mutationen gewisser Enzyme
•  CO2 und NH3 als Abfallrpodukte der Häm-Biosynthese

• Tyrosin --> L-DOPA, (Nor)Adrenalin und Dopamin
  • Je nach Gewebe verfügen Zellen Enzyme zur Weiterverarbeitung einer Substanz oder nicht. Wird zB Norepinephrin synthetisiert sind alle Enzyme bis auf das letzte vorhanden.
    1. hydroxylierung
    2. Decarboxylierung (immer PLP-abhängig
    3. Hydroxylierung
    4. Methylierung
• Glutamat --> GABA
• Histidin --> Histamin
• Arginin --> NO

vgl Bild

Endogene Cholesterolsynthese

• alle C-Atome aus Pyruvat gewonnen
• Vorläufer: Acetyl-CoA --> wird zu β-HMG-CoA
  • HMG-CoA-Reduktase (nicht zu verwechseln mit HMG-CoA-Synthase!)
    • kompetitiv hemmbar (bei Hypercholesterinämie) durch Statine: Lipitor, Crestor, Zetia
      • natürliche Statine vorkommend in monascus purpureum (in rot fermetiertem Reis): lovastatin, monacolin K
• Isoprenderivate werden weiterverstoffwechslet zu Gerany-l (C10) und Farnesyl-pyrophosphat (15): bilden gemeinsam cyclische Stuktur des Squalens, aus dem letztendlich Chol. entsteht
  • Squalen: 30 C-Atome
  • Chol: 30 C-Atome

Hyperchol.

• Medikamentcocktail reduziert Blutcholesterin um 50-60%
  • Statine zur hemmung der de novo Synthese
  • Ezetimibe (Zetia) zur Verringerung der Fettresorbtion in Darm
  • Cholestyramine zur Bindung und Ausscheidung von gallensalzen im Darm
    • stark basischer Anionentauscher: bindet Gallensäuren unwiederruflich an ein Netzwerk aus Polymeren im Austausch mit Chlorid-Anionen --> gebundene Gallensäuren werden aus Darm rausgesch(m)issen

Regulation Cholesterolhomeostase

• proteolytisch
  • SSD: Sterol-sensing-domain der HMG-CoA-Reduktase, in Plasmamembran eingebaut
  • SSD: nimmt Sterole aus ER auf (vermehrt vorhanden je höher [Chol]) --> Bindung Sterol+SSD bewirkt Konformationsänderung
    • Katalytische Eigenschaft der aktive site der HMG-CoA-Reduktase geht verloren: [Mevalonat] sinkt
    • Durch Ubiquitinierung wird HMG-CoA-Redukatse abgebaut
• über Transkription
  • wenig Chol. in ER
    • SSD frei,wodurch Serin-Protease (S1P) a-loop des SREBP (2 TransMembrDomänen) durchtrennt --> basic Helix-Loop-helix kann sich in membran bewegen
    • bHLH erreicht Metallprotease und wird dadurch löslich-->wandert in ZK und bindet an SRE: Transkription von LDL-Rezeptor-genen und HMG-CoA-Reduktase&Synthase--> fördern endogene C-Synthese und verbessern C-Aufnahme
• zelluläre Mechanismen
  • ACAT: Verestern freies Czu CE, das in Lipidtröpfchen gespeichert wird
  • ABCA1
    • Transportprotein
    • bei Tangier mutiert!
    • erhöht [HDL] indem Lipiddomänen auf zellulärer membranoberfläche mit C und Phospolipiden aus Zellinneren angereichert werden. Lipiddomänen speisen HDL

Zusammensetzung Gallenflüssigkeit

• Cholesterin
  • Ausfallen von Cholesterin sobald Gallensäure zu Cholesterin 13:1unterschreitet
• Phosphatidylcholin
• Gallensäuren
  • amphiphil: ermöglichen Lipasen in wässriger Umgebung Fette zu zerschneiden
  • primäre: Cholat, Chenodesoxycholat
    • Konjugiert mithilfe Taurin oder Glycin
  • sekundäre: Desoxycholat, Lithocholat. über Darmfloraaus primären GS synthetisiert
  • zirkulieren im Enteroheptischen Kreislauf 4-10mal/Tag: werden aus Ileum als dekonjugierte GS absorbiert und mithilfe Albumin wieder in Leber geschleust

Dienen beide der Fett und Chol. Homöostase, wirken als TF. Werden über Oxysterolkonz reguliert.

LXL: Liver X receptor

• TF
• erhöht bei hoher [Oxysterol] (oxidiertes Cchol-Derivat) die Cholest-Ausscheidung und trägt dadurch Chol-homeostase bei
• erhöht ABCG5&8 Präsenz in Kanalikuli, die Chol nach apikal ausscheiden

FXR: Farnesoid X receptor (=BAR: bile acid receptor)

• v.a. in Leber und darmtrakt vorhandener Rezeptor für mehrere Gallensäuren
• wirkt als TF nachdem Bindung eingeht
  • synthetisierte Protein (SHP) hemmt Gallensäurenproduktion über Inhibierung der cholesterol 7 alpha-hydroxylase (CYP7A1, schrittlimitierende Enzym)
  • erhöht Menge an MDR2 in Kanalikuli

• Chol überwindet B/H-Schranke nicht --> gehirn verfügt über eigene Chol-Homöostase-Regulation
  • 24S-hydroxycholesterol kann B/H-Schranke bidirektional überqueren
  • Gehirn angewiesen auf CYP46A1, um 24S-hydrox... zu synthestisieren
    • knockout: Lernunfähigkeit bzw Chol-Homöostase im Gehin gestört
• Chol-Quelle: extrahepatische Zellen

Steroidogenese

• viele Hormone/Botenstoffe aus Chol synthetisiert
  • diese binden an nukleäre Rezeptoren, die wiederum TFs rekrutieren --> Chol wichtig für Gentranskriptionsregulation
• in Nenebnnierencortex synthetisiert, über Hypoth/Hypoph. reguliert/sezenriert und über Leber abgebaut

heterotrimerisch

• α,β,γ-UE
  • α
    • GTPase Domäne, ähnlich derjenigen der monomeren G-Proteine
      • bindet GDP in inaktivem Zustand, wird durch GEFs aber aktiviert. GEF kann entwededer der rezeptor selber sein oder vom rezeptor rekrutiert werden (tricky shit!)
    • zusätzlich auch helicale Domäne, heterotrimer-spezifisch
    • dissoziiert vom bety-gamma-Komplex nach Aktivierung
    • kann aktivierend oder inhibierend auf Effektor (Adenylatcyclase) wirken
    • kann durch Cholera- oder Pertussistoxin inhibiert werden
  • βγ-Komplex
    • wird G_βγ genannt, dissoziert nicht vom G-Protein und zerfallen nicht in getrennte β- und γ-UE
    • kann GDI sein: in dem Fall wird G_βγ den G_α nur dann binden können, wenn dieser als G_α-GDP vorliegt
• verschiedene Heterotrimere können mit versch. Rezeptoren interagieren

monomerisch

• zB Ras
• gehen von einer inaktiven, GDP-gebundenen Form im Cytosol in eine aktive, GTP-gebundene Form an der Plasmamembran über

wirken auf: PLC (anderes Kärtchen), Adenylatcyclase (AC), ...?

AC

• positiv: durch GTP-G_sa
  • nach Aktvierung über GTP-Hydrolyse wird Switch II reorientiert, wodurch entstandene Gsa-GDP sich ablöst und keine erneute Aktivierung möglich ist, solange AC nicht reaktiviert wurde (geschieht über andere proteine)
    • Reaktivierung: sobald Ga-GTP zu Ga-GDP hydrolisiert wurde reassoziiert es mit by-Komplex --> Konformationsänderung und GPCR+G-prot ready für nächsten Liganden
    • Phosphodiesterasen degradieren cAMP (hydrolyse)
• negativ: durch GTP-G_ia
  • bindet an andere Stelle als Gsa-GTP
  • hemmt AC-Aktivität durch Reorientieren der katalytischen AS
• AC empfängt Reize mehrerer G-proteine, die in eine einzige Antwort integriert werden

Aktivieren der Phospholipase C (PLC)

• Epinephrin wirkt zb auf Phosphl. C statt auf AC
• kann lipophile sowie hydrophile 2nd messenger generieren:
  • Ausgangstoff: PIP2
    • 2nd messenger: IP3 (hydrophil) + DAG (lipohil, daher membrangebunden)
      • IP3: aktiviert Ca-Kanäle, die bei Öffnung Ca aus ER entlassen
        • Ca (2nd messenger) aktiviert Calmodulin (CaM): ein EF-Hand-Protein, das andere proteine aktiviert
          • Ca-CaM kann an Ca-CaM-Bindedomäne anderer Prot binden und diese dadurch ablösen --> Protein wird aktiviert
      • DAG: aktiviert PSerin undmithilfe von Ca auch die PKC

Aufbau der PLC

• Katalytische X-Y-Domäne
• Bindene Domänen
  • C2-Domäne: bindet Lipophile (Phosphatidylserin, Cholin)
  • EF-Hand: bindet Ca, löst konformationsänderung aus
  • PH-Domäne: bindet versch. Signaltransduktionselemente (PIP2/3, PKC, G_by)

PKA: Proteinkinase A

• Serin-Threonin Kinase
• durch cAMP aktiviert
• generiert Kaskade, die der Aktivierung des CREB (cAMP-responsive element-binding protein) dient

PKB: Proteinkinase B

• zB Akt, wobei Akt ein Onkogen darstellt, das in Tumoren häufig hyperaktiv ist
• upstream an PI3K/AKT-Signalweg gekoppelt
  • Wird dank PH-Domänen über PIP3 an Zellmembran rektrutiert
  • PTEN als Gegenspieler, da PTEN PIP3 durch Dephosphorylierung deaktiviert
• downstream Aktivierung sowie Inaktivierung verschiedenster Enzyme, darunter
  • BAD
    • aktiv: dephosphoryliert, bindet an bcl2, Apoptose findet statt
    • inaktiv: durch Akt phosphoryliert, bindet nicht mehr an bcl2 --> Apoptose inhibiert
  • mTOR
    •  Ser/Thr-Kinase, zentraler Wachstumsregulator
    • wird durch Akt aktiviert, wobei weitere Enzyme zwischengeschaltet sind
    • stimuliert durch Phosphorylierung die Proteinsynthese und hemmt den Proteinabbau
    • Rapamycin hemmt mTOR
      • bei Krebs, wenn mTOR hyperaktiv
      • bei Organtransplantation, wenn IS temporär ausgeschaltet werden muss

PKC: Proteinkinase C

• über Phosph.Serin an Membran gebunden
• benötigt Ca und DAG zur Aktivierung, ist also an PLC gekoppelt
• Phophoryliert verschiedenste Proteine

Ein Beispiel zum Beispiel: Insulin-rezeptor

Aufbau

• Domänen extra- und intrazellulär sowie transmembranär
• Ligand bindet an extrazell Rezeptor --> Dimerisierung und gegenseitige Autophosphorylierung
  • Phoshorylierung aktiviert anderen proteine oder erzeugt Bindestellen für diese
• wichtiges, assoziiertes Protein ist Ras
  • mebranständig, an fast alle RTK gekoppelt
  • Onkogen: hyperaktives Ras in Tumorzellen oft vorhanden
  • Hydrolysiert GTP nur sehr langsam, Aktivitätsdauer des Ras-GTP wird deshalb von GEF oder GAP reguliert

Signaltransduktion: Map-Kinase-Weg

• zytoplasmatische Liganden für RTKs besitzen häufig SH2-Domäne, die an phosphoryliertes RTK binden
  • Grb2 dient als adaptorprotein: verbindet SH2 mit Sos
    • Sos = ein GEF, das auf monomere G-Prots agiert (wie zB Ras): tauscht GDP mit GTP um und aktiviert diese dadurch
• Ras-GTP aktiviert Raf
  • Raf = Ser/Thr-kinase, auch "MKKK" genannt
• MKKK aktiviert MKK
  • MKK = "MEK"
  • MKK können über verschiedene MKKK aktiviert werden
    • Scaffold-Proteine verhindern einschlagen falschen Transduktionskette durch Ordnen der korelierten Kinasen, sodass diese keine anderen, nicht zu aktivierende Kinase, fälschlicherweise Aktivieren (kurz: Kinasen werden ausserhalb Konkurrenz gebracht)
• MKK aktiviert MAPK
  • MAPK = "ERK"
  • agiert auf TFs oder Transkriptionsregulatoren --> Amplifiziert eintreffende, mitogene Signal

• Non-receptor = zytosolische Enzyme, die funktionell wie RTK wirken: Phosphorylieren andere Enzyme (verwenden dafür ATP)
  • meist jedoch in Membran verankert (aber OHNE Rezeptor!)
• interagieren mit versch. RTKs und werden über verschiedene Liganden stimuliert, aber aktivieren immer denselben Pathway --> Sammeln Reize und übertragen diese auf korrekten Pathway

Jak (ehemalig "just another kinase" benannt, die Entdecker hatten sicher auch die Schnauze voll von den ganzen Kinasen!)

• Liganden: Cytokine (INterferone, INterleukine, Chemokine) & Hormone (EPO, Prolaktin, hGh)
  • Zytokin-Rezeptorenm verfügen über keine eigene enzymatische Aktivität --> angewiesen auf JAKs
• JAKs aktivieren sich gegenseitig mit Rezeptoren --> rekrutieren STATs, die Transkription aktivieren

Abl

• bcr-abl-Genkonjunkt ist verantwortlich für chronische myeloide Leukämie, durch unfaire chromosomale Translokation bedingt.
  • in dieser Form Enzym hyperaktiv und unausschaltbar
• gesunde c-abl
  • ist eine non-receptor-Tyrosinkinase
  • kann über RTK sowie NRTKS aktiviert werden

Mechanismus

• Ligand: IGF (insulin like growth factor)
• PI3K katalysiert die Phosphorylierung der 3’-OH Position am Inositolring von bestimmten Phospholipiden in der Zellmembran (Phosphatidylinositolen)
  • Die entstandenen Phosphoinositide, vor allem PIP₃, dienen über PH-Domäne als Andockstellen für weitere Proteine, wie PKB (=Akt) oder PDK1.
  • Der wichtigste Signalweg, den die PI3K so aktiviert ist der PI3K/Akt Signalweg:
    • Deaktivierung des Bad-Proteins, wodruch es sich aus dem Bad-Bcl2-Komplex löst --> Bcl2-Protein daraufhin aktiv und Apoptose inhibiert

Antagonist

• PTEN ist ein Enzym (Phosphatase), das der PI3K-Signalfortleitung durch Dephosphorylierung entgegenwirkt -> wichtiger Tumorsuppressor

Protein-Phosphatasen

• Resetting durchlaufener Signaltranbsduktionspathways ohne PTPs unmöglich
  • Dephosphorylierung über CX₅R-Motif, das sich in konservierter Phosphatase-Domäne befindet
• zB PP2B (=Calcineurin)
  • Aufbau
    • CaNA mit katalytischer Aktivität, Bindestellen für Ca-CaM
    • CaNB mit regulatorischer Funktion, bindet 4 Ca-Ionen
  • Wichtig bei T-Zell Proliferation
• gegliedert in 3 Klassen
  • Rezeptorähnlich
  • Dualspezifisch
  • Intrazellulär
    • zB SHP2: dephosphoryliert RTKs, an die es über pY bindet
      • Autoinhibierung dank D'E-Loop solange nicht an RTK gebunden
• bakterielle PTPs
  • Beulenpest: durch Rattenfloh übertragenes Bakterium inseriert pathogene YoPH-PTP
  • pY wird unkontrolliert dephosphoryliert --> kein Resetting mehr möglich