BC.0114

BMS2 UniFr, HS16

BMS2 UniFr, HS16


L. T.
Diese Lernkarten decken biochemische Prozesse auf Universitätsniveau ab, mit Fokus auf Leberfunktionen, Stoffwechselwege wie den Citratzyklus und Proteinkatabolismus. Sie behandeln Enzyme, Proteine, Metaboliten wie Glucose und Pyruvat sowie Signaltransduktion über Rezeptoren und Phosphoinositidwege. Die Karteikarten sind besonders nützlich für Studierende der Biologie oder Biochemie, die sich auf komplexe Stoffwechselprozesse und zelluläre Signalwege vorbereiten.
Karten
87
Lernende
4
Sprache
Deutsch
Kategorie
Biologie
Stufe
Universität
Erstellt / Aktualisiert
05.11.2016 / 27.04.2023

Lernkarten

Myoglobin

  • Funktion
  • Struktur
  • Affinität

  • Untereinheit des Hämoglobins: vier Myoglobine als Tetramer entsprechen ca. Hämoglobin
    • ein myoglobin bindet durch Faltung eine Hämgruppe
  • Protein, 150 AS lang
    • N-terminus: enthält Fe-Bindestelle
  • konjugierter Porphyrinring --> stabil, reflektiert Licht daher Farbe
  • Histidin der Globinketten
    • proximal: hält Fe in Porphyrinring
    • distal
      • Protonenfalle: entfernt O2 aus Myoglobin und schützt vor Oxidation des Eisens
      • MetHb-Reduktase kann Fe3+ --> Fe2+ reduzieren

Affinität

  • Affinität für O2 für Menschen zu hoch: Abgabe an Gewebe erschwert.
  • Für Pottwahl hingegen geeignet, da P unter wasser >>> Pbaro

Hämoglobin

  • Struktur
    • Änderungen
    • der Globinketten und weiterer Bestandteile
    • Vergleich zu Mb
  • Funktion Häm

Struktur

  • 4 myoglobinähnliche Untereinheiten, die je ein O2 aufnehmen
    • gen. Codierung Myoglob und Hb unterschiedlich, deswegen nur "ähnlich"
  • zwei α und zwei β Einheiten
    • Heterodimere (αβ) ziehen sich durch hydrophobe WW an, Homodimere (αα/ββ) stossen sich ab
      • --> Ausbildung zentralen Kanals in Hb-Molekül
      • Mobile a/b-Ketten Kontakte, die bei O2-Aufnahme verschoben werden können
    • F- und E-Helix: Abschnitte der alpha/beta-Globinketten
      • F: trägt proximales His und kann Fe weiter in Porphyrinring schieben
      • E: trägt distales histidin
        • Vor O2-Aufnahme: Protonenfalle, Schützt vor Oxidation
        • Nach O2-Aufnahme: Stabililsiert Fe-O2-Bdg
  • Hb unterliegt codierungs- und funktionell bedingter Strukturänderungen
    • genetisch: HbA/HbF --> Fötus exprimiert andere Sequenzen als Adult
      • Proteine stammen aus unterschiedlichen Chromos. werden posttransl. zusammengefügt
    • funktionell: Konformationsänderungen für optimale O2-Aufnahme und O2-Abgabe --> Shape-shifting
      • zwei Zustände zwischen a1 und b2 (bei Kontaktfläche) mit identisch vielen H-Brücken (pH abhängig!), jedoch um 3 AS versetzt. (T- und R-Form siehe Kooperativität)
      • Verschiebung entlang der kürzeren Strecke zwischen Globinketten, weil diese einfacher mobilisierbar sind
  • Häm: Grundsätzliche Funktion ist O2-Transport zur E-Gewinnung
    • nichtkovalent über hydrophobe Tasche an Globinketten gebunden
    • ist eine prostetische Gruppe

Hämoglobin

  • Über welche zwei wichtigen Eigenschaften verfügt Hb und wie hängen diese mit Struktur und Funktion zusammen?
  • Welchen Einfluss hat die Oxygenierung auf
    • Struktur des Hb
    • Eigenschaft, Sauerstoff zu binden

Shape-Shifting und Kooperativität

  • Bedingt durch pH-Änderungen sowie O2-Abgabe und CO2-Aufnahme
  • Übergang von einem Zustand in anderen: α1β2- und α2β1-Kontakte werden verschoben, wobei sich α1β1 bzw. α2β2 Dimere um 15* drehen --> zentrale Kanal wird bei Oxygenierung kleiner
    • Verzahnungen α1β2 werden verändert (kürzere der zwei Distanzen zwischen Ecken, nur zwei Zustände möglich:
      • R-Zustand (relaxed): OxyHb
        • kleines Loch, BPG wird immer herausgepresst
        • hohe Sauerstoffaffinität
        • Fe(II) (=Fe3+ wenn O2 gebunden! Dank Proton des prox His wird Fe(III)-O2-Addukt stabilisiert) gelangt nur in Porphyrinebene, wenn sich prox His verschiebt --> prox His fest an F-Helix, die sich bewegen muss, wenn Oxydation stattfindet.
          • a1b2-Kontakte verschieben sich, wohingenen a1b1/a2b2-Dimere starr sind.
      • T-Zustand (tense): Deoxy Hb
        • grosses Loch in zentralem Kanal
        • tiefe O2-Affinität, wird durch BPG zusätzlich stabilisiert
        • Fe ausserhalb Ebene des Porphyrinringes
        • Durch Ionenbindungen stabilisiert, die bei Übergang in R jedoch aufgebrochen werden
          • diese sind pH abhängig (Bohr)
          • machen T stabiler als R
    • Kooperativität: allosterisch bedingt
      • strukturelle Veränderung einer alpha/beta-Untereinheit wird Kontaktflächen so beeinflussen, dass anderen Untereinheiten eine höhere O2-Affinität aufweise --> Bindungskurve Hb-O2 genau deswegen sigmoid
        • unabhägig voneinander können Dimere oder Untereinheiten ihre Konformation nicht ändern, weil sie über die zwei Zustände der a2b1-Kontakt verbunden sind
        • Wenn eine Untereinheit O2 bindet, muss sie im T-Zustand verharren, bis zweite Untereinheit ebenfalls O2 aufnimmt. Dann können beide in R-Zustand wechseln

Gastransport

  • Welche Faktoren beeinflussen CO2/O2-Affinität und warum ist das wichtig?
    • Wie wird CO2 transportiert?
    • wie wird O2-Transport unter speziellen Bedingungen garantiert?

Wichtigkeit von Enzymen und Stoffen: Affinität O2-Hb ohne Shape-shifting oder BPG immer gleich! Modulieren der Affinität heisst O2-Aufnahme und Abgage ermöglich, ist also unverzichtbar!

  • CA: verhindert durch Umwandlung von CO2 in H2CO3 den lethalen Transport von ausgeperltem CO2 (zerreisst Kapillaren)
  • Shape-Shifting: Bindung O2 begünstigt bindung zusätzlicher O2-moleküle an dasselbe Hb-Molekül
  • pH: mit tieferem pH nimmt O2-Affinität ab (Bohr) --> kann besser abgegeben werden
    • Ketteneffekt: erste Hb gibt bei CO2-Aufnahme ein Proton ab, das Ungebung ansäuert. Folgenden Hb können CO2 dadurch besser aufnehmen.
  • CO2: mit steigender [CO2] nimmt O2-Affinität ab
    • In Muskeln und Peripherie wichtig, da dort [CO2] hoch
  • BPG: mit steigender [BPG] nimmt O2-Affinität ab
    • Für Höhenaufenthalt wichtig: Hb arbeitet statt mit 4-2 mit 3-1 Sauerstoffmolekül(en)
      • Sauerstoffabgabe an Gewebe bliebt identisch/ausreichend (Differenzen schliesslich gleich)
      • Kompensation durch EPO: Problem: PO2 sinkt in Höhe und BPG senkt O2-Affinität --> Widerspruch. Jedoch wird dank mehr RBK bzw mehr Hb die verminderte Affinität zu O2 kompensiert. Es wird weiterhin genug O2 aufgenommen und trotz tiefer Pbaro bzw PO2 dank niedriger Affinität an Gewbe gelifert. 
      • Kopplung Atmung und Glykolyse: BPG (2,3-BPG) stammt aus 1,3-BPG
    • bei Foetus
      • O2-Affinität hoch, wohingegen BPG-Affinität tief ist

Allosterische Proteine

Hb weist auf:

Stimmt sequentielle, symmetrische (Punkt 4 wird durch konzertierte Kopplung widersprochen: es gibt gleichzeitig r und t zustände) oder beide Modelle gleichzeitig?

Allosterische Proteine

Zeichne Eigenschaften/Veränderungen die Hb bei Oxygenierung aufweist

  • Was sagen Modelle aus, wie heissen sie?

Modelle

  • sequentiell: induced fit --> Affinität modullierbar
  • symmetrie
    • Obwohl Untereinheiten unterschiedlich (widerspricht symmterie Modell), sind diese doch ausreichend ähnlich
  • Übersetzung von durch gebundenen Liganden induzierter Konformationsänderung auf benachbarte Untereinheitem ist von der Kopplungssträke abhängig
    • konzertiert (schwach) stimmt mit Symmetriemodell überein
    • Gleichzeitig r und t --> Widerspricht Punkt 4

Passive and active transport

  • Welche Transportmöglichkeiten stehen Zelle zu Verfügung und welche Faktoren müssen beachtet werden?
    • Welche Typen von Transportern gibt es und wie charakterisieren sie sich?
    • Wie kann ihre Effizienz begründet und Mechanismus erklärt werden?

sd

Passive and active transport

Wie können unterschiedlichen transportarten voneinander unterschieden werden?

  • Geschiwndigkeit und Spezifizität: schnellere Aufnahme meist Indiz für vermittelten Transport , zB Glucose
  • Sättigung:
    • Diffusion von Konzgrad abhängig
    • gegen Diffusionsgradient heisst vermittelter Transport
  • Kompetition
  • Inaktivation: Hemmen von vermitteltem Transport bzw. involvierten carrier Proteinen

passive and active transport

  • Wie wird AP generiert?
  • Wieso unidirektional weitergeleitet?

dank voltage gated Ionenkanälen

  • Ungleichvertilung Ionen verantwortlich für Ruhemebranpotential
    • Na:Depolarisation
    • K: Re- und Hyperpolarisation
  • Unidirektional dank Refraktärperiode
    • Ionenkanäle besitzen zwei gates --> eine dient Autoinhibition (auch voltage gated)

 

Passive and active transport

Aquaporine: mit welcher Problematik muss beim Wassertransport in Zelle umgangen werden? Und wie?

  • Problem: H3O+ darf nicht in Zelle gelangen, sonst wird pHintraz gestört
  • Asp innerhalb der Aquaporine: Überträgt H-Brücken einzelner H2O-Moleküle auf sich. Dabei bleibt Dipolcharakter der Moleküle erhalten, das H-Brücken-Netz jedoch wird aufgelöst und H3O+ dadurch keine Chance zum Passieren gegeben.

 

Hämoglobin

Abormale Hb

  • Welche Arten von Mutationen exisiteren, wie charakterisieren sie sich und welche Veränderungen rufen sie hervor?

  • AS-Sequenz stark konserviert. Variation einer AS führt bereits zu Funktionsbeeinträchtigungen und vermindert Lebensdauer der RBK
    • Hämolytische Anämie: Verkürzte Lebendsdauer heisst Erythropoiese muss ständig erhöht sein --> Knochenmarks und Wachsumsstörungen
  • interne Mutationen:
    • Hammersmith: Pyrrolring gestört, Häm instabil
    • Bristol: ähnlich Hammersmith
    • Bibba: Prolin, der guta alte Struktubrecher
    • Savanna: winziges Gly zu enormes Valin ersetzt. Neue Konformation der E und F-Abschnitte der Helix bedingt durch weniger frei verfügbaren Raum
  • oberflächliche Mutationen --> Sichelzellanämie
    • Flexibilität durch Faserbildung beeinträchtigt: Ablauf ähnlich einer Kristallisation und wird begünstigt durch
      • tiefe Flussrate in Peripherie
      • Dehydratisierung des Betroffenen
      • tiefen pH
    • Nukleationsphase: Bildung Fasern nimmt exp. zu
    • Nur ein Teil der genetisch modofizierten Hb tatsächlich sichelzellförmig: DeoxyHb
    • genetischer Fehler: GluA3(6)ß -> Val
    • Malariaresistenz von HbS dankt tiefen intrazellulären [B]

Drug characteristics

Welche Charakteristika müssen Medikamente aufweisen, wovon hängt deren Verträglichkeit ab und wieso scheitern Medis?

Bioverfügbarkeit abhängig von Dosierung sowie Pharmakokonetik

  • Sepzifische medis: maximale Dissoziationskonstante bei 1µM heisst: W(irkstoff) + R(ezeptor) ⇌ Wirkstoff-Rezeptor-Komplex (WR) mit Gleichgewicht WR bei ≤ 1µM
  • Müssen biologischen Bedingungen und Umfeld angepasst sein
    • Säure Magen
    • Oxidation Leber
      • Medis Scheitern hier oft weil menschliches Cytochrom P450 und dessen Isoenzyme enorme unterschiede in Zusammensetzung aufweisen --> Jeder Mensch detoxifiziert anders
      • Oxidation beschleunigt Ausspülen druch Niere
      • Kann Funktion annulieren oder worst case sogar aus Medi toxische Substanz generieren
    • transportierbarkeit: durch Darmwand, durch Kapillaren, durch Zielzelle evtl sogar durch Blut-Hirn-Schranke
    • Bindung an nicht-traget muss schwach sein: Festsetzen Medikaments in Adipocyten
  • Dosierung --> Therapeutisches Fenster: Effizienz sowie Toxizität beiderseits abhängig von Dosierung. Therap. Fenster zeigt, un welchen Dosierungen Medi verträglich und wirkungsvoll ist

Scheitern

  • Interaktion von Medikamenten werden an reinen Proteinen simuliert. In vivo intergaieren 10'000 weitere Proteine/Enzyme mit Medikament. --> off target effects
  • Drug-Drug effekt identisches problem, nur neben 10'000 natürlichen Substanzen noch etliche weitere Medikamente im Körper. (Patient mit Krebs oder sogar Diabetes nimmt bis zu 8 Medikamente gleichzeitig --> Medikamenten Orgie)

Bild:

  • Pharmakodynamik: Einfluß des Arzneimttels auf den Organismus
  • Parmakokinetik: Einwirkung des Organismus auf ein eingenommenes Arzneimittel in Abhängigkeit von der Zeit
    • beeinflusst Bioverfügbarkeit

 

Drug trials

  • Wie wird Medikamentensicherheit und -effizienz überprüft
  • Wie werden in Forschung Ansätze gemacht, um Stoff zu finden, der mit einem Zielmolekül interagiert

 

high-throughput screening zeigt, welche potentiellen Stoffe mit einem Stoff, zB Enzym, interagieren. Dimensionen sind enorm (mehrere hundert tausend Stoffe getestet mit high-tech IT-geräten und robotern)

Phasen vgl Bild

Drug design

  • Wie werden Leukämie und Tumore behandelt: wie heissen Medkamente und wie wirken diese?
    • Wie behandelte Leukämie-Form bedingt?

 

CMF: Chronic Myeloid Leukemia

  • Genetisch bedingt: durch fehlerhafte gene ein funktionell intaktes Protein translatiert, das an alle BCR-Rezeptoren bindet und dort auch noch dank tyrosinkinase-site (ABL) site alle diese phosphoryliert --> Konstanter Wachstumsstimulus, Leukämie
  • Gleevec (Imatinib) passt genau in aktive site des Proteins, das dadruch inhibiert wird
    • Mutationen der ABL-Site erzeugen Gleevec-Resistenz --> andere Medis nötig (auch ein Grund, warum Medikamente Scheitern: Resistenzbildung dank Mutationen bzw Einlschlagen neuer pathogener Pathways behandelter Zellen)

Tumorzellen

  • BRaf Zelle mutiert zu BRAF-V600E und bleibt durch Mutation immer in aktiver Form gefangen
    • nicht mehr regulierbares Wachstum
    • BRAF-V600E kann inhibiert werden --> Einschlagen neuer Pathways

Lipidtransport

Fette

  • Arten & Eigenschaften
  • Verwendung Körper

  • Hauptenergiequelle Körpers
  • Eigenschaften
    • Können in Leber remodeliert werden
  • Arten
    • Triaglycerol: hydrophob, (l)/(s) je nach Sättigungsgrad
    • Glycerophospholipide: tragen ladungen, deswegen hydrophob und -phil
      • Bausteine Bilayers --> Flüssigmosaikmodell dank gesättigten und ungesättigten FS

Lipidmetabolismus

Fettaufnahme

  • Wichtige Enzyme & Substanzen
  • möglichen pathways und Aufnahmeformen von Fett und Cholesterol

exogener Weg: durch Nahrung aufgenommene Fett, das über Lymphe in Blut übergeht bis schlussendlich in Leber (blauer pathway)

  • Fett --Gallensalze--> Micell aus Triacylglyceriden --Pankreas-Lipase--> einzele Fettsäuren, können über Darmmucosa in Enterozyten aufgenommen werden.
    • Pankreaslipase
      • Aktivation erst bei Andocken an fettige Phase --> funktioniert nur an Phasengrenze zw. Fett und Wasser
      • Katalytische Triade formt hydrophobe active site, die durch lid abgedeckt wird. diese wier wiederum durch Colipase bei Aktivierung der Pankreaslipase verschoben
      • Durch Orlistat gehemmt
  • Aufnahme verschiedener Stoffe in Enterozyten
    • Fette: werden als einzelne FS über mucosa aufgenommen und intrazellulär weiterverarbeitet durch:
      • I-FABP: intestinal fatty acid binding protein
        • Schützt die einzelnen Bestandteile
        • Setzt FS wieder in TAG zusammen, die zu Chylomikronen werden --> in Lymphe transportierbare, H2O-lösliche Form von Fett
    • Cholesterin
      • Cholesterine und pflanzliche Sterole werden über NPC1L1 augenommen
        • pflz. Sterole über spez. ABC-Kassetten wieder in Lumen rausgepumpt
          • Sitosterolämie: genetisch bedingtes fehlen der ABC-Kassetten --> Anreicherung pflanzlicher Sterine im Körper
        • Ezetimibe hemmen Cholesterolaufnahme durch Lahmlegen von NPC1L1

Endogener Weg: Aus Leber stammendes Fett, geht zur Peripherie

  • VLDL aus Leber wird in Peripherie zu IDL und LDL

reverser Cholesteroltransport: von peripherie zur Leber

  • HDL

 

Lipidstoffwechsel

  • Welche Lipidproteine existieren
    • Wie untescheiden sie sich
  • Wie werde Lipide im Blut transportiert
    • Wie wirken Hormone und Enzyme auf Transport?

Transport erfolgt über Lipoproteine (Grundsätzlich: je tiefer Dichte desto höher Lipidgehalt)

  • Aus Darm
    • Chylomikrone
      • Clearance: ca 8min --> schnell verwertet
      • -remnants: Chylomikronen, die FS an Muskel/Adipozyten abgegben haben und in Blut zurückbleiben. Weisen höheren Cholesteringehalt auf.
  • Aus Leber
    • VLDL: enthält TAG (und nicht freie FS!)
    • LDL: zirkuliert in Plasma, speichert v.a. Cholesterin
  • Aus extrahepatischen Zellen (Muskeln, Adipozyten)
    • HDL: proteinreich
      • in Hungerzustand wird durch HSL (homrone-sensitive-lipase) und ATGL (Adipozyten-Lipase) freie FS in Blutstrom entlassen, die mit Albumin transportiert werden.
        • Insulin hemmt, Adrenalin fördert HSL
        • Clearance: ca. 20 Tage

Lipidmetabolismus

Was sind Apolipoproteine?

  • Funktionen?
  • Aktivatoren und Inhibitoren?
  • Bildung?

Fett wird in Lipoproteinen transportiert, die dank Apolipoproteinein (=Apoproteinen) erst löslich werden. Dabei ist Apolipoprotein ein Bestandteil des Lipoproteines, d.h. ApoB100/48 sind Bestandteil von VLDL/Chylomikronen

  • Lipoprotein: Mono-Phospholipidlayer
  • Durch Apo B100 oder B48 bedeckt, je nach exogen/endogenem pathway bzw. Bildungsursprung des Apolipoproteines
    • selbe Gen, durch Editing in Darmzellen verändert und nur 48% Sequenz translatiert
    • bestehen aus a-Helices mit polarem und apolarem Bestandteil --> Bindestellen
  • Funktion:
    • Für Bildung der Lipoproteine zuständig
    • Katalytische Funktion
      • Aktivatoren: ApoA1 von LCAT (verestert Cholesterin); ApoC2 von LPL (zersetzt TAG zu FS)  
      • Inhibitoren: ApoA2 von HTGL (=hepatic TGA lipase, das TAG in Leber zu FS spaltet)
    • Bindungseigenschaften: dienen als Bindungs- und Erkennungsmolekül
      • vgl Bild

Lipidstoffwechsel

Ergänze:

vgl Bild

Lipidstoffwechsel

Transport von Fetten

ab p.33 weitermachen

Lipidmetabolismus

Lipidmetabolismus der Leber (Bild p. 7 hinzufügen? https://moodle2.unifr.ch/pluginfile.php/453296/mod_resource/content/1/Cholesterol_Homeostasis.pdf)

  • Welche Zustände charakterisieren welche pathways?

  • fed state: Verlängerung
    • Chylomikron remnants werden intrazellulär modifiziert:
      • desaturieren von FS: umwandeln von gesättigten FS (vorher mit Ac-CoA aktiviert) in ungesättigte FS dank Desaturasen möglich (=Einbauen einer Doppelbindung durch Oxidation)
        • im Lumen des ER
        • Artspezifisch: Desaturase-enzyme unterschiedlich --> bestimmt, welche FS essentiell sind oder nicht
    • VLDL-Synthese: über ApoB100 aktiviert. VLDL einzige Möglichkeit, FS aus Leber abzutransportieren (exozytose)
      • Synthese von TAG, das über VLDL wieder exportiert wird
        • dank Apoproteinsynthese und Phophatidylsynthese: Verfettung der Leber wenn diese nicht intakt. Ursachen:
          • AS Mangel: AS für Synthese der Apolipoproteine werden gebraucht. primär werden AS bei hunger aber in Glykoneogenese verwendet.
          • zu viele FS: Lypolyse in Adipos erhöht FS-gehalt in Leber, Diabetes ebenfalls. --> ist mit glucagonregulierung gekoppelt
  • fasted state: Ketonbildung über Oxidierung
    • beta-Oxidation erzeugt Acetyl-CoA, das zu Ketonen metabolisiert wird.

Cholesterol

Lipidmetabolismus

  • Ergänze und erläutere
    • rolle von LDL

a) Normal

  • LDL-Rezeptoren der Zellen (meisten Zellen des Körpers exprimieren LDL-Rezeptoren) sind intakt, nehmen LDL auf: binden an ApoB100 (heisst: LDL stammt aus Leber. Wäre ApoB48 würde Partikel aus Enterozyten des Darms stammen. LDLs stammen hingegen immer von VLDLs ab, die aus der Leber kommen, die selber nur ApoB100 synthetisiert. Voilà.)
  • ABCA1 ebenfalls intakt
    • Input/Output im GG

b) Hypercholesterinämie

  • LDL-Rezeptor Mangel --> [Chol] nimmt zu
    • homo oder heterozygot
      • bei Heterozygoten Herzinfarktrisiko erhöht
    • Kann auch bei genetisch Gesunden vorkommen, dass endogene Synthese und Regulation Ineffizienzen aufweist
    • Einnahme von viel Cholesterol reduziert die endogene Chol-Synthese, wodurch als Folge LDL-Rezeptor Mangel entsteht.

c) Tangier

  • vgl. anderes Kärtchen

Lipidmetabolismus

Zeichne ein ziemlich detailliertes Schema des Lipidstoffwechsels mit

  • Leber
  • Extrahepatische Zellen
  • nascent VLDL und Abkömmlinge
    • Inhalt: Cholesterol(ester), TAG, Phospholipide?
  • Apolipoproteine
  • Verschiedenen Rezeptoren

vgl Bild

Cell signaling

  • Was kann einer Zelle als Signal dienen?
  • wie werden Singale wahrgenommen und verarbeitet?
    • gehe nur auf Signalmoleküle und deren Wirkmechanismus ein, die intrazellulär wirken
    • nicht-intrazelluläre nur erwähnen

Signale

  • extrazelluläre Stoffe (Nahrung/Pheromone)
  • NT & Hormone
  • singanilisieren: Wachstum/ differenzierung oder Apopstose. Singale sind zT überlebenswichtig.

Rezeptoren: Wahrnehmung Signalen

  • intrazellulär
    • Transkriptionsfaktoren
      • im Zytosol: nehmen Liganden (Hormone wie Insulin, Wachstumshormon oder Steroide) auf
      • wandern in ZK und bindet über dna-binding-domain an spezifischen Abschnitt der DNA (receptor binding element), wo transkription dadurch initiiert wird
      • Thyroxin (=T4): wird mit T3 über spez. Transporter in Zelle importiert, wo T3 nach modifikationen in ZK gelangt und an den TF Thyroid Hormon-Rezeptor β bindet --> ebenfalls transkriptionelle Regulation
      • NO: aktiviert indirekt Proteinkinase G, die als transkriptionsfaktor agieren kann
        • Hemmen der phosphodiesterase erhöht Muskelrelaxation --> Blutfluss erhöht
  • Oberflächenrezeptoren
    • ionenkanalgekoppelt
    • GPCR:g-protein-gekoppelte-Rezeptoren
    • enzymgekoppelt

Cell signaling

  • Wie kann Zelle auf extrazelluläre Reize reagieren, die nicht über Enzyme oder Ionen vermittelt werden?
  • Welche Botenstoffe agieren in diesem Fall?
  • Aktivierungsmechanismus dieser Rezetoren?
    • Mitwirkende Regulatoren und ihre Funktion

GPCR: G-protein.coupled-receptor

  • häufig in Wahrnehmung/Sinne involviert: Liganden sind Nukleotide, Catecholamine, Histamine, Prostaglandine, Zucker, AS usw.
  • Rezeptor
    • 7 Transmembrandomänen: N-Term extraz, C-Term intraz.
    • Mechanismus:
      • Cterm: wird durch Ligand stimuliert --> Konformationsänderung: nun Phoshorylierung möglich --> Interaktion mit G-prot.
        • GTP/GDP-Austausch löst G-protein vom Rezeptor
          • G-prot + GTP = aktiver Zustand, dadurch dissoziiert G-Prot vom assoziierten Rezeptor
          • akzessorische Regulatoren unterstüzen Aktivierung/Deaktivierung
            • GAP: bewirkt GTP zu GDP Hydrolyse des G-Proteins --> deaktivierter Zustand
              • besitzt Argininfinger der Hydrolyse stimuliert
            • GEF: GTP-Exchange-Factor, überträgt GTP auf G-Protein
              • fördert Relaxed-konformation: GTP kann rein, GDP raus --> aktivierter Zustand
              • kommt dann ins Spiel, wenn inaktiver Zustand verlassen werden soll
            • GDI: Guanin dissociation inhibitor, stabilisiert inaktiven Zustand

Aminosäuren Katabolismus (ergänzen: Glucose-Alanin-Zyklus: dabei handelt es sich auch um Transaminierung, zumindest durch AST-Enzym)

Welche groben Teilschritte bestimmen den Abbau einer AS?

  • Beschreibe den ersten Teil genau
  • Beschreibe die restlichen pathways grob

  1. Deaminierung: Aminogruppe wird entfernt und später zu Ammoniak konvertiert, der später mit Aspartat zu Harnstoff verstoffwechselt werden kann
    • Transaminierung
      • PLP-abhängige Transaminierung
        • zwei Reaktionswege:
          1) Ausgangstoff: AS ; Endprodukt: a-Ketonsäure
          2) Ausgangstoff:  a-Ketonsäure ; Endprodukt: neue AS und neues PLP
          --> neue AS ist meist Aspartat oder Glutamat, die in Harnstoffzyklus gelangen
        • Reaktionsschritte:
          • Shiffsche Base und Enzym (Pyridoxalphosphat, cofaktor) machen Transaminierung --> AS wird zu a-Ketonsäure, die aber an PLP gebunden bleibt (Enzym löst sich hingegen)
          • mittlere Schritte: Tautomerisierung, bei dem Carboniumion dank PLP stabilisiert wird
          • letzter Schritt (oder erster) Hydrolyse
      • GDH Transaminierung in Mitochondrien
        • Glutamatdehydrogenase allosterisch durch ATP/NADH inhibiert --> Einschlagen des pathways wenn Organismus E benötigt
        • Entsteht Ammonium: Stickstoff muss ausgeschieden werden, mehrere Möglichkeiten (je nach Spezies und Habitat)
          • als Ammoniak (Fische), Harnstoff (Du) oder Harnsäure (Vögel, Reptilien)
  2. Harnstoffzyklus: Ammoniak und Aspartat --> Harnstoff und Fumarat
    Ammoniak stellt giftigen, nicht verwertbaren Teil einer AS dar, der entsorgt werden muss
  3. Verwertbare Teil der AS wird zu herkömmlichen metaboliten verstoffwechselt: alpha-ketosäuren zu Pyruvat?

Aminosäuren Katabolismus

Welche möglichen Transaminasereaktionen gibt es?

vgl Bild

AS Katabolismus

Harnstoff- und Alanin-Glucose-Zyklus

  • Übersicht
    • Ursprung Harnstoff-Aminogruppen
    • Lokalisation beider Zyklen und Verbindungspunkte

in Leber und Mitochondrien

  • Harnstoff enthält zwei Aminogruppen:
    • eine aus Aspartat, das aus Pyruvat und Oxalacetat synthetisiert wird (in Mito),
    • andere aus Ammoniak, das über Blut in Leber kommt und durch GDH zu Carbamoylphosphat wird. Im Zyklus wird Harnstoff (wasserlöslich, nicht toxisch) synthetisiert, der über Blut von Leber zu Niere gelangt und über Urin ausgeschieden wird.
    • Kohlenstoffatome stammen aus HCO3
  • Enzyme Harnstoffzyklus
    • Mito: zwei Enzyme, zusätzliche Enzyme, die nicht direkt in Hanrstoffzyklus involviert sind
    • Zytosol: drei Enzyme. Dienen Synthese von Harnstoff sowie Fumarat
  • Alanin-Glucose-Zyklus
    • Funktion: Transport von NH3 in Form von Alanin aus Muskel zu Leber, wo es als Glutamat in Harnstoffzyklus eingeschleust wird.
    • Enzyme:
      • ALT: Alanin Aminotransferase, nur in Leber
        • Synthetsisiert aus Alanin Glutamat für Hstfzyklus sowie Pyruvat für GLuconeogenese
      • AST: Aspartat-Aminotransferase, v.a. in Skltmuskel und Myokard, auch in Leber

Welche Antwort(en) ist/sind falsch?

Der Harnstoffzyklus:

AS Metabolismus

Harnstoffzyklus

  • Enzyme
  • Vorgänge
  • Regulation

  • Enzyme Harnstoffzyklus
    • Mito
      • GDH: noch vor CPS1. Allosterisch aktiviert durch GTP+NADH-Mangel bzw. Inhibiert bei genügend hoher E-Reserve der Zelle
      • CPS1 (carbamoyl-phosphat-synthetase): CO2 + NH4 --> Carbamoylphosphat (vgl. Kommetare)
        • Carbamoylphosphat wird in Harnstoffzyklus eingeschleust, selber kein Teil davon (wie Pyruvat in Krebs-Zyklus)
        • Enzymstruktur
          • Subunit: katalysiert NH3 Abslapltung aus Glutamin
          • Acitve sites (mehrere): katalysieren 3 Schritte, die Carboxyphosphat + NH4 unter ATP-Verbrauch zu Carbamoylphosphat verstoffwechselt
          • Tunnel: verbindet alle aktiven Zentren und erhöht dadurch Reaktionsrate drastisch
        • Enzymaktivität: durch N-Acetylglutamat allosterisch aktiviert
      • Ornithin transcarbomylase: Carbamoylierung von Ornithin zu Citrullin (beides nicht verwertbare Zwischenprodukte. Nichtstandard-AS)
    • Zytosol
      • Argininosuccinatsynthetase:
        • Citrullin mit Aspartat zu Argininosuccinat.
        • ATP-Verbrauch
      • Argininosuccinase: Spaltet Arginiosuccinat in Arginin und Fumarat
      • Arginase: Hydrolysier Arginin mit H2O zu Harnstoff und Ornithin. Letzteres Bleibt im Zyklus.

AS Metabolismus

Alanin-Glucosezyklus

  • wichtige Enzyme
  • wichtige Edukte/Produkte
  • Lokalisation

  • Alanin-Glucose-Zyklus
    • Funktion: Transport von NH3 aus Muskel zu Leber, wo es in Harnstoffzyklus eingeschleust wird
    • Enzyme:
      • ALT: Alanin Aminotransferase, nur in Leber
        • katalysiert eine Transaminierung
        • Alanin zu Pyruvat mithilfe von a-Ketoglutarat. Letzteres wird zu Ammoniak sowie Aspartat. Aspartat gelangt über Blut zu Harnstoffzyklus --> Glucose-Alanin-Zyklus und Harnstoffzyklus sind verbunden
        • Pyruvat dient Gluconeogenese: entsteht 1 Glucose für 1 Alanin
      • AST: Aspartat-Aminotransferase, v.a. in Skltmuskel und Myokard, auch in Leber
        • katalysiert ebenfalls Transaminierung
          • Davor werden Glucose und Glykogen zu Pyruvat verstoffwechselt
        • Pyruvat zu Alanin mithilfe einer AS, die NH3 spendet --> entsteht Ketosäure und NH3

AS Metabolismus

Abbau von AS zu Pyruvat

  • Welche AS?
  • Welche Enzyme und Reaktionen?
    • Schema (Welche AS können dank welchen Enzymen in welche anderen AS überführt werden?)

AS: Alanin, Cystein, Glycin, Serin, Threonin und Tryptophan

Enzyme

  1. Alanineaminotransferase
  2. Serinedehydratase(PLP-dependent): Serin + PLP --> Pyruvat wobei PLP zusammen mit Serin zu Schiffscher-Base wird, was Carbanion stiabilisiert
  3. Glycine cleavage system
  4. Serinehydromethyltransferase (PLP dependant): Nutzt C-Atome aus Glycin cleavage System, die durch N5N10-methylen-THF übertragen werden
  5. Serinehydromethyltransferase (PLP dependant): genau selber Mechanismus wie 4) aber mit Threonin + LPL statt Serin + LPL
  6. Threoninedehydrogenase
  7. a-amino-b-ketobutyrate-lyase

AS Metabolismus

Welche Antwort(en) stimmt/stimmen in Bezug auf Oxaloacetat NICHT?

AS Metabolismus

Verstoffwechslung zu alpha-Ketoglutarat

  • Welche AS?
  • Welche Enzyme und Mechanismen?

  • Arginin, Glutamat, Glutamin, Histidin und Prolin
  • wichtige Enzyme
    • Glutaminase
      • Wirkung in Leber und Gehirn: Glutamat +NH2 --> Glutamin
        • Sichere Art Ammoniak abzutransportieren
      • Wirkung in Niere: Glutamin  --Hydrolyse-> Glutamat + NH2
        • Ausscheidung überschüssiger Säuren, wenn viel NH2 (sowie NH3 und NH4?) anfällt
    • THF: Katalysiert Histidin zu Glutamat
    • NADPH: Für Glutamat --> a-Ketoglutarat notwendig
  • Abbau Arginin
    • entsteht im ersten Schritt Ornithin, daraus ein erstes Glutamat
    • danach entsteht zweites Glutamat, wobei ein NADPH generiert wird

AS Metabolismus

Methionin Abbau

  • Wichtige anderen Enzyme/Moleküle
  • Reaktionprodukte und -edukte
  • Patho

Benötigt SAM, (Homo)Cystein, THFs und Vitamine als Methyldonoren --> ziemlich sicher an Prüfung

  • SAM: Methionin + ATP --> S-adenosylmethionin (="SAM"): Methyldonor
  • Homocystein: SAM + Methylakzeptor --Hydrolyse-> Homocystein + Adenosin
    • Homocystein kann wieder remethyliert werden
  • SAM & Homocystein bilden einen Zyklus, in den Methionin reinkommt und Adenosin sowie Homocystein produziert.
    • Für Zyklus sind ebenfalls THFs nötig: Remethylieren Homocystein zu Methionin.
      • C-Atom träger
      • THF Analoge wie Sulfonamide wirken antibiotisch weil Bakterien ihre Folate für Remethylierung von Homocystein selber synthetisieren. Da Mensch Folate heterotrop gewinnt, keinen Effekt auf ihn.
  • Patho: Hyperhomocysteinämie: Herzkreislauferkrankungen, Fehlentwicklung Neuralrohr (Spina bifida), Hyperhomocysteinurie
    • B6, B12 und Folat Supplemetierung mildern Symptome
  • Vitamine
    • B12 für Remethylierung (zusätzlich zu Folaten)
    • Homocystein --> Cystathionin benötigt B6, PLP und Serin
      • Spina bifida im Falle B6 Mangels

Produkte und Edukte

  1. SAM/THF-Zyklus: Produziert aus Methionin Homocystein
  2. Homocystein wird linear zu Cystein (Methioninabbau heisst Cysteinaufbau!) und Succinyl-CoA verstoffwechselt
  •  

AS Metabolismus

Abbau BCAAs

Ersten drei Schritte für alle dre BCAA identisch

  1. BCAA aminotransferase: AS zu Ketonsäuren
  2. oxydative decarboxylierung durch branched-chain-KETO (statt amino)-dehydrogenase, auch BCKDH
    • Maple-syrup-disease falls BCKDH mutiert
  3. Oxidation durch Acetyl-CoA-Dehydrogenase: generiert ein FADH2 pro AS

Nächsten unterschiedlich

  • Leucin: wird zu Acetyl-CoA und Acetoacetat
  • Isoeucin: zu Acetyl-CoA und Succinyl-CoA
  • Valin: wird zu Succinyl-CoA

AS Metabolismus

Abbau Lysin

  • Nur Basics

  • 11 Schritte
    • Erste: Lysin-Ketoglutarat-Reduktase
      • Mutiert: Hyperlysinämie: mentale und physische Behinderungen
  • Lysin -->-->...-->--> Acetoacetat

 

AS Metabolismus

Tryptophan

  • Trypto -->--> Alanin + 3-Hydroxyanthranilat -->--> Acetoacetat
    • PLP abhängige Kynureninase setzt Alanin aus teils vertoffwechseltem Trypto frei
      • Alanin verlässt pathway, nur 3-Hydroxyanthranilat wird weiter zu Acetoacetat verstoffwechselt

AS Metabolismus

Abbau von Phenylalanin

  • Phenylalaninhydroxlase: Wandelt Phenylalanin über Hydroxylierung zu Tyrosin um, das in 5 Schritten zu Fumarat und Acetoacetat metabolisiert wird.
    • Ab zweitem Schritt entspricht Phenylabbau dem Tyrosinabbau
      • Patho:
        • Pphenylketonurie: Phenylalanin Hydroxylase defekt
        • Alcaptonurie: Homogenistic dioxygenase defekt
  • Bei Umwandlung F --> T werden biopterine (?) verwendet: Redoxaktive Stoffe

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