Biochemie
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In der Natur liegen Zucker zyklisch vor. Wie entstehen solche zyklische Verbindungen? Was ist nach dem Ringschluss zu beachten?
durch den hemiacetal oder -ketal Mechanismus:
- O-Atom wird von Alkoholgruppe protoniert: C=O Bindung wird zu C-O-H
- C-Atom geht eine neue Bindung ein: von 3 auf 4 Bindungspartner
Achtung:
- Ausrichtung der blauen OH-Gruppe wichtig, bestimmt über Chiralität!
- lineare Form: C-Atom #1 nicht chiral, zyklisch: C-Atom #1 chiral
Glykosidische Bindungen
- Wie entstehen diese?
- Eigenschften und Funktionen?
- Stereochemie?
Entstehung: Kondensationsrekation (H20 Entzug), Hemiacetale werden zu Acetalen, die über O-Atom verbunden sind
- Eine zyklische Aldose kann mehrere glykosidische Bindung eingehen (jedes Hemiacetal kann eine Bindung eingehen. Bei Glucose sind 4 bdg möglich), wodurch netwerkartige Polymere entstehen.
--> Diese sind stabil, weswegen Pflanzen ihr zellwände aus β(1-4) Glucose-Polymeren bilden.
Zudem dienen Polysaccharide als E-Speicher in Organismen (Glykogen) - α- Bindungen sind cis (verschiedene Ringseiten), β sind trans (gleichen Ringseiten)
Verwertbarkeit für Mensch:- β(1-4) nein
- α(1-4) ja
Oligosaccharide
- Vorkommen
- Eigenschaften, Funktion
Metabolismus
- Definition
- wichtige Aspekte
Metabolismus
- Prozesse innerhalb Organismus
- aufrechterhalten Zellfunktionen & des Lebens
- Energiegewinnung
- Heterotrophie: Mensch angewiesen auf Metabolite, die extern aufgenommen werden müssen
- Anabolismus:
- Aufbau --> endergon und deswegen nicht spontan
- reduktiv
- Katabolismus
- Abbau --> exergon, deshalb spontan
- oxidativ! Bsp: Glykolyse unter aeroben (mit O2) Bedingungen --> oxidative Phsophorilierung
Metabolische Wege
- Unterschied katabole und anabole Wege
- Wichtig in Anbetracht der Flussrichtung
- Regulierung
Flussrichtung
- Hauptunterschied: Katabol exergon (=thermodynamisch günstig), anabol endergon (thermd. ungünstig)
- Organismen weisen steady state und kein equilibrium auf!
- Metabolische Wege können in beide Richtungen verlaufen
- nicht wenn stark exergon. --> Richtungbestimmung wird so (druch stark exergone Einzelreaktion zu Beginn der Gesamtreaktion) festgelegt
- stark exergone Reaktionen finden meist zu Beginn der Reaktionskaskade statt: Weit von Equilibrium entfernt, um Richtung zu bestimmen. Sind irreversibel.
- Diese stark exergonen Reaktionen müssen in anabolen Wegen umgangen werden
- viele kleine endergone Einzelreaktionen
- bsp: Glykolyse (katabol) und Glykogenese (anabol)
- Können reguliert werden
- Allosterisch
- Phosphorylierung
- Genexpression
ÜZ
- 1 (rot): tetraedrisches Indermediat
- Oxonium-Ion braucht viel E, Enzym stabilisiert dieses durch
- Oxoanionloch mit Wasserstoffbrücken
- tetraC ist sp3 hybridisiert --> 4-fach koordiniert
- Oxonium-Ion braucht viel E, Enzym stabilisiert dieses durch
- 2 (grün): Acyl-enzym Intermediat
- C ist sp2 hybridisiert --> 3-fach koordiniert
Schritte
- Bildung des 4-fach koordinierten Intermediates
- Nukleophiler Anriff von Ser 195 auf Carbonygruppe
- Auflösung des 4-fach-koordinierten Intermediates
- Peptidbindung wird gespalten --> neuer N-Terminus (= Abgangsgruppe)
- His 57: Protondonor
- Abgangsgruppe wird durch Wasser ersetzt
- Hydrolyse des acyl-enzym Intermediates
- wieder ÜZ 1
- Schritt 1 wird rückgängig gemacht
- entstehen wieder zwei Moleküle
- Das Peptid wurde aber gespalten und liegt mit neuem C-terminus vor
- Enzym wieder aktiv
- entstehen wieder zwei Moleküle
Reaktionskinetik
Michaelis-Menten
- Beziehung
- Was aus Graphen ableitbar?
- Reaktion welcher Ordnung?
- Wann gilt die MM-Beziehung?
- Konstante
- Welche Reaktionsgeschwindigkeiten sagen was aus?
- Formeln?
- Was sagt MM-Konstante aus?
- Ist abhängig von?
- Was ist Kcat?
- Welche Reaktionsgeschwindigkeiten sagen was aus?
Michaelis-Menten Beziehung: Erfassen von Reaktionsrate und Effizienz von Enzymen
- Enzym + Substrat binden aneinander <=> ES
- Verlauf einer enzymkatalysierten Reaktion: Rate der Reaktion in Abh. der Zeit
- [S] und [P] umgekehrt proportional: S + Enzym --> P + Enzym
- Reaktion erster Ordnung
- während ES-Komplex im steady state: linearer Ablauf der Reaktion
- nur im steady-state is MM-Beziehung gültig
- Stady-state Annahme: [S] >> [E]
- Ausgehend von ES --> P ist Reaktion eine Reaktion erster Ordnung
- [S] und [P] umgekehrt proportional: S + Enzym --> P + Enzym
MM-Konstante (Km): Halbmaximale Geschwindigkeit der Enzymaktivität
- Substratkonzentration, bei der Enzym mit halbmaximaler Geschwindigkeit arbeitet
- Wenn [S] sinkt, nimmt auch Reaktionsumsatz ab (vgl. Blot)
- Wenn [S] = Km dann liegt E zu 50% als freies E und zu 50% als ES vor
- Dementesprechend gibt Km auch über Affinität von E zu S aufschluss: Km tief, Affinität hoch
Reaktionsgeschwindigkeiten
- vmax: k2 [E] --> K2 ist Geschwindigkeitsbestimmende Schritt
- Sättigung heisst: auch wenn [S] stark zunimmt, wird die Reaktion nicht schneller ablaufen
- Wenn [E] zunimmt, nimmt auch Vmax zu!
- Initialgeschwindigkeit: bevor 10% des Substrates umgesetzt
- Abhängigkeit: Km variiert mit pH und Temp
- Kcat: Umsatzzahl; Vmax/Etotal (= E + ES): Wenn Kcat hoch, Umsatz hoch
- Anzahl katalysierter Reaktionen pro Sekunde
- Konstante: für alle Konzentrationen an Enzymen gleich, nur abhängig von Art des Enzymes
- Wird mit Km verrechnet, um Effizienz ersichtlich zu machen:
effizientesten Enzyme haben Effizienz 108-109 [1/M*s] --> katalytisch perfekt: katalysieren alles, was sie erhalten, es sei denn, sie erhalten es nicht aufgrund von zu grosser Distanz zu Substrat (wegen Diffusion)
Vmax & Km
- Bestimmung bzw. Berechnung?
- Formel
- Wo werden Werte abgelesen?
- Änderung bei Interkation mit Inhibitoren
- gemischte
- nicht-kompetitive
- kompetitive
Normalerweise ist Vmax Asymptote --> Ablesen schwer.
Deswegen werden in Praxis Vmax sowie Km mittels doppel-reziprok der MM-Gleichung bestimmt: linear (1/v, 1/s) statt hyperbolisch (v, s) --> Kehrwerte werden in einem Linearisierungsverfahren verwendet, um Graphen anschaulicher zu machen.
- Vmax schneidet Ordinate
- Km schneidet Abszisse
- Km/Vmax beschreibt Steigung
Inhibitoren:
komp, nicht-komp und gemischte Inhib sind alle reversible inhibitoren (gibt auch irreversible).
- kompetitive: in Konkurrenz mit Substrat: E + I + S --> ES + EI
- binden an Substratbindestelle des Enzymes
- reduziert die Konzentration an aktiven Enzymen: [E]T= [E] + [ES] + [EI]
- Wird durch Erhöhung von [S] neutralisiert --> Umsatzzahl bleibt unverändert
- nicht-kompetitive: wirken erst auf ES: E + S (+I) --> ES + I
- bindet nicht an Substratbindestelle sondern an Enzym-Substrat-Komplex
- Verhältnis Km/Vmax bleibt gleich (bei rein unkompetitiven Inh nicht)
- Erhöhung der Substratkonzentration hat keinen Einfluss auf unkomp. Inh.
- Spezialfall: rein unkompetitive Inhibitoren haben dieselbe Km
- gemischte: können beides
- Vmax & Km variieren je nach [S]
Kontrolle der Enzym-Aktivität
- Welche Möglichkeiten stehen zur Verfügung?
- Welche Enzyme sind daran beteiligt?
- Beispiele?
Kontrolle
- der Menge an Enzymen
- Regulierung von Synthese und Abbau
- Der Enzymaktivität
- Allosterische Aktivierung oder Hemmung: Veränderung der Raumstruktur am aktiven Zentrum
- aktive und inaktive Zustände
- Transition von einem zum anderen Zustand ändert Quarternärzustand, nicht aber Sekundärstruktur
- Bsp: ACT-ase
- Feedback-Hemmung: Produkt (CTP, das aus ACT synth wurde) hemmt das Enzym (ACT-ase), das dessen Synthese katalysiert
- aktive und inaktive Zustände
- kovalente Modifikationen: Phosphorylierung
- durch Kinasen und Phosphatasen
- Bsp: Glykogen Phosphorylase
- Allosterische Aktivierung oder Hemmung: Veränderung der Raumstruktur am aktiven Zentrum
Hochenergetische Moleküle
- Welche?
- Warum diese?
- Charakteristika?
- Wie werden sie generiert?
ATP (aber auch Phosphoenolpyruvat, 1,3-Biphosphoglycerat, Phosphocreatin) (=phosphoanhydrid-gruppen?)
- Muss viel E freisetzen, auf vielen Wegen synthetisierbar und wiederherstellbar sein
- 2 Möglichkeiten der Verstoffwechslung: ATP --> ADP+Pi oder ATP --> AMP+PPi
- Breakdown von Hochenegetischen Molekülen ermöglicht endergonen Reaktionen abzulaufen (erste Teilreaktion der Glykolyse ist endergon und wird an exergone Reaktionen (ATP-Hydrolyse) gekoppelt, um überhaupt ablaufen zu können)
- ATP wird ständig verbraucht und neu synthetisiert
- die notwendige E sowie die gespeicherte/freigesetzte E machen gute Bilanz aus: ATP als E-Träger im Körper
Pyrophosphat
- pyrophosphat (PPi) wird nach ATP --> AMP + PPi zusätzlich nochmal gespalten: PPi --> Pi + Pi
- zusätzliche E-quelle
- führt dazu, dass Netto-Flussrichtung der Reaktion zu Aminoacyl-Adenylat zeigt
Thioester-Gruppen dienen auch als E-Lieferant
- acetyl-CoA
Metabolismus
- Welche Stoffe sind an welchen metabolischen Wegen involviert?
- é-Carrier?
- Wo werden Stoffe hingetragen?
Katabolismus: Energiegewinnung sowie Abfallprodukte (ATP, CO2, O2-->H2O)
- O2 terminale é-Akzeptor der Zelle, an inneren mitochondr. Matrix
Metabolismus: involviert u.a. é-Transfer
- NAD+/NADH und FAD/FADH2 dienen als é-Carrier
- NAD+ kann nur zwei é aufnehmen, kann sie O nicht abgeben.
- NAD+/NADH bindet vorallem an Enzyme des Katabolismusses, NADP+/NADPH hingegen ist an anabolismus beteiligt
- FADH2 kann ein oder zwei é aufs Mal transportieren und diese von NADH aufnehmen
- é werden von äusseren nach inneren mitoch. Membran transportiert
Glykolyse
- Verwendung/Wichtigkeit von Glukose im Körper
- wie Glykolyse organisiert?
- grob?
- im Detail?
- Verwendung
- Polysaccharide auf Zellwänden
- DNA&RNA: Ribose-5-phosphat (via pentose-phosphat-weg)
- Energiequelle
- Glykolyse: Glukose --> Pyruvat
- Glukoneogenese
- Glykolyse: 10 Teilreaktionen, wovon ersten 5 zur eigentlichen E-Gewinnung führen
- E investieren: 1-5, E-Gewinnen: 6-10
- 1) Phosphorylierung von Glukose
- stark exergon --> Richtungsbestimmend
- hexokinase
- Feedbackhemmung: wird durch katalysiertes Produkt allosterisch inhibiert
- glucokinase:
- braucht Mg2+ um Nu-Angriff auf ATP durchführen zu können
- weniger hohe Affinität, kann dafür nicht inhibiert werden
- 2) Isomerisierung von G6P zu F6P
- schwach endergon
- braucht auch Mg2+
- phosphoglucose isomerase
- Substrat bindet
- Säurebasierte Ringöffnung: um Aldose in Ketose überführen zu können, muss Zucker in linearer Form vorliegen
- Basenkatalyse: saures H (auf Position 2) wird von Base des Enzymes aufgenommen, C1 und C2 nun Doppelbindung
- Säurekatalyse: von B aufgenommene saure H geht in Medium èber, wàhrend C1 ein H+ aufnimmt
- Basenkatalysierter Ringschluss: entsteht Fünferring, ursprüngliche C1 hängt raus
- 3) Phosphorylierung von F6P zu F1,6biphosphat
- langsamste der E-investierenden Reaktionen --> geschwindigkeitsbestimmend
- ATP-Verbrauch
- Phosphofruktokinase-1
- stark exergon
- stark reguliert weil geschwindigkeitsbestimmende Reaktion
- allosterisch: ATP-Mangel erhöht PFK-1-Aktivität, oder umgekehrt
- 4) Spalten in zwei 3-C-Atome-Bestandteile: 1x Glyceraldehyd-3-Phosphat + 1x Dihydroxyacetonphosphat (DHAP)
- Aldolase
- bildet Schiff'sche-Basen und spaltet diese
- Aldolase
- 5) Isomerisierung von DHAP und GAP
- 1) Phosphorylierung von Glukose
- E investieren: 1-5, E-Gewinnen: 6-10
Glykolyse
- Welche Vorgànge führen zu E-Gewinn?
- Bilanz?
- Welche Enzyme und Moleküle kommen vor?
- Was geschieht mit Endprodukten der Glykolyse?
E-Gewinn: Erzeugung der ersten hochenergetischen Intermediaten
6) Bildung von 1,3-Biphosphoglycerat dank GAPDH
schwach endergon, mit nàchsten Reaktion gekoppelt und deswegen ablaufend
Bildung NADH + H+
7) Phosphorylierung: ADP + 1,3-BPG --> ATP + 3-Phosphoglycerat
erste Bildung von ATP
stark exergon
Phosphoglyceratkinase
braucht Mg2+
8) Isomerisierung: 3-PG zu 2-PG
schwach endergon
Phosphoglycerat-mutase
Phosphatgruppe wird von Rand in Mitte des Molekèls verschoben
9) Bildung zweiten hochenergetischen Moleküls
Enolase
2-PG --> Phosphoenolpyruvat (speichert mehr E als ATP)
10) Bildung des zweiten ATPs
stark exergon: irreversibel
Pyruvat-kinase
Mg2+, K+
Bilanz zweiter Teil: 2 NAD+ + 4ADP --> 2 NADH + 4 ATP
Endprodukte: 2 Pyruvat können weiter verstoffwechselt werden
aerob: Einschleusen in Citratzyklus
viel gewinnbringender als anaerobe Möglichkeiten: +32 ATP während anaerob +2 ATP
anaerob: Milchsàuregàhrung, alkoholische Gàhrung
energetisch wenig lukrativ weil weniger ATP gebildet wird, dafür schnell
Glykolyse
Welche Antwort stimmt nicht?
Pentosephosphatweg
- Hauptprodukte und -edukte?
- Edukte und Produkte der Teilreaktionen?
- Wozu dienen Endprodukte?
- Wo im Metabolismus situiert?
- Ablauf/Organisation des PPP?
ergànzen!
- Bilanzen
- oxidativer Teil:
Glukose-6-Phosphat + 2 NADP + H2O --> Ribulose-5-Phosphat + 2 NADPH + CO2 + 2H+ - nicht oxidativer Teil:
3 Ru5P (wird in Teilrkt zu R5P) --> 2 F6P + GAP - gesamt:
- oxidativer Teil:
- Nebenast der Glykolyse (?)
- Phase 1: oxidativ, stark exergonisch. Dient Herstellung von NADPH (Glucose wird oxidiert)
- Phosphorylierung: α-D-Glucose zu α-D-Glucose-6-phosphat, unter ATP-Verbrauch
- 6-Phosphoglucono-δ-Lacton
- 6-Phosphogluconat
- Ribulose-5-Phosphat
Dieses dient Herstellung von DNA/RNA und als Cofaktor
NADPH hingegen dient als
- Vorläufer für Neurotransmitter, Cholesterol, Fettsäuren
- Entgiftung, in Form des Gluthations
- Phase 2: nicht oxidativ
- nahe am Glgewicht. Ermöglicht Zelle Anpassung an Bedürfnisse: Glykolye oder -neogenese, (Bedürfnis von NADPH: wird im oxidativen Schritt erzeugt. Aber wenn mehr NADPH gebraucht wird, wie verändert sich nicht oxidative Teil?)
- übergreifendes Kovertieren von Pentose-Phosphaten möglich (R5P, Ru5P, Xu5P)
Nur R5P kann für Herstellung von Nukleotiden verwendet werden
PPP
Welche Endprodukte können generiert werden und wie sieht PPP aus, wenn die Nachfrage nach einem dieser Stoffe stark ansteigt?
Wie reguliert?
Wo ist die Nachfrage nach einem bestimmten Produkt des PPP typischerweise hoch?
Glykogen wird als Granula gespeichert: mehrere nichtreduzierende Enden, wo Abbau beginnen kann. Dadurch kann mehr E in weniger Zeit gewonnen werden. Nur ein redizierendes Ende.
a(1-6)-Bdg dienen der Verzweigung von Ketten während a(1-4)-Bdg standart sind.
Muskel
- 2% Gewichtes Glykogen, mengenmässig am meisten Glykogen in Muskel gespeichert
- Glucose-6-phosphatase fehlt
- keine Glucagon-Rezeptoren
Leber
- 10% Gewicht = Glykogen
- besitzt Glucose-6-phosphatase: Freisetzten von Glucose möglich
Phosphorylierung durch Glycogenphosphorylase
- verkürzt Glykogenkette um eine Einheit
- Glucose-1-Phosphat wird frei
- findet am nichtreduzierenden Ende statt
Phosphorylierung nicht mehr möglich, sobald nahe an Verzweigung (4-5 Einheiten)
- Debranching Enzyme
- 1) Kürzeren Ast der Verzweigung auflösen und transferien (Verzweigung nun nur noch 1 Einheit lang)
- 2) Verzweigung auflösen durch Hydrolyse: es entsteht Glucose und nicht Glc1P!
Glykogenolyse: 90% Glc1P, 10% Glc
Glykogensynthese
- Energieträger?
- Zwei Hauptschritte der Glycogensynthese?
- wichtige Edukte, Enzyme
- Abläufe
- Nettoreaktionen
- Zeichne!
UTP als E-Träger
Glykogensynthese
- Aktivierung
- Mit Glc1P
- wird auf ATP-ähnliches Molekül übertragen (Zuckernukleotid, Uridintriphosphat)
- Glc1P wird über ihre Phosphatgruppe am C1 an Phosphatgruppe des UTP verknüpft
- energiereiche Bindung
- Pyrophosphat (PPi) wird abgespalten und zu 2 x Pi verwandelt
Glc1P wurde über die Phosphatgruppe am C1 an Phosphatgruppe des UTP verknüpft. UDP (und nicht UMP) wird abgespalten, weil eine P-Gruppe von Glucose und eine von UTP stammt.
--> Glc1P wird bei Verknüpfung zu Glykogen dephosphoryliert - Nettoreaktion: Glc1P + UTP --> UDP-Glc + 2Pi
- Verlängerung
- n muss > 4 --> mindestens Kette aus 4 Einheiten
- Beginnt am Glycogenin
- Verlängerung immer am nichtreduzierenden Ende
- Glycogensynthase: verknüpft UDP-Zucker mit Glucogen-Ende am nichtred Ende, arbeitet linear
Glykogensynthese
- Regulierung
- Welche Mechanismen steuern Glykogenhaushalt? (≠Glucosehaushalt!)
- Welche Enzyme und Hormone wirken wie?
Regulation über
- Phosphorylierung und Dephosphorylierung
- wird hormonell gesteuert: Adrenalin und Glucagon (nur Leber) erhöhen Blutzucker (regen Glykolyse an), Insulin fördert Glykogensynthese in Leber sowie Muskel.
- Stress-Reaktion: Kinase aktiviert Glykphosphorylase b in a-Form um
- Überangebot an Glucose: proteinphosphatase aktiviert b-Form
- wird hormonell gesteuert: Adrenalin und Glucagon (nur Leber) erhöhen Blutzucker (regen Glykolyse an), Insulin fördert Glykogensynthese in Leber sowie Muskel.
- Für Abb- sowie Aufbau zwei Systeme: phosphorylierendes und dephosphorylierendes sowie zwei Enzymzustände: a und b
- durch phosphorylierung Enzyme ineinander überführbar: a kann zu b werden und umgekehrt (aber glycophosphorylase kann nicht zu glycogensynthase werden!)
- a Form ist immer schneller als b Form
- Glykogenphosphorylase a (schneller) fördert Glykogenabbau
- ist phosphoryliert, immer aktiv
- Glykogensynthase fördert Glykogenaufbau
- ist dephosphoryliert in ihrem a-Zustand
Systeme
- phosphorylierende
- wird durch cAMP vermehrt aktiviert
- Kaskade: cAMP aktiviert allosterisch die Proteinkinase A, diese phosphoryliert die Phosphorylase-Kinase, die dann in weiterer Folge die Glycogenphosphorylase phosphoryliert und damit von der b- in die a-Form umwandelt.
- wird durch cAMP vermehrt aktiviert
- dephosphorylierende
- funktioniert mit Inhibitor: wird dieser phosphoryliert, inhibiert er eine dephosphorylierende Kinase (diese kann Glycogensynthase aktivieren oder Glycogenphosphorylase inaktivieren)
Gluconeogenese
- Wo Gluconeogenese, wo Glykolyse?
- Welche Ausgangs- und Endostoffe
- Wichtige Enzyme
- Welche Teilreaktionen der Glykolyse sind nicht umkehrbar?
- Wie wird dies in Gluconeogense gelöst?
Glykolyse in Cytosol
Gluconeogenese:
Pyruvat-->Oxalacetat in Mitochondrium, Oxact muss für weiteren Transport umgewandelt werden. Zwei Möglichkeiten:
1) mitochondriale PEP-Carboxylase wandelt Oxact in PEP um
2)Malat-Aspartat-shuttle
Ziel: Glucose synthetisieren (zB während Hungerperioden) ausgehend von Oxalacetat, das aus Pyruvat hergestellt wird (pyruvat-carboxylase)
Folgende Reaktion sind in Glykolyse praktisch nicht umkehrbar:
- die Umwandlung von Glucose in Glucose-6-phosphat (nur Leber)
- Lösung: Glucose-6-phosphat wird mithilfe der Glucose-6-Phosphatase zu Glucose
- von Fructose-6-phosphat in Fructose-1,6-bisphosphat (Muskel und Leber)
- Lösung: Fructose-1,6-bisphosphatase
- die Reaktion von Phosphoenolpyruvat (PEP) zu Pyruvat
- Lösung:
1) Pyruvat-Carboxylase: Carboxylierung (=Einbauen von COOH) von Pyruvat zu Oxalacetat unter ATP-Verbrauch
2) Phosphoenolpyruvat-Carboxykinase: phosphorylierende Decarboxylierung von Oxalacetat zu PEP unter GTP-Verbrauch
- Lösung:
Gluconeogenese
Malat-Aspartat-Shuttle
- Funktion
- Mechanismus & wichtige Enzyme
- Malat
- Aspartat
- Transport von NADH aus Cytosol durch innere mitochondriale Membran ins Mitochondrium zu Atmungskette
- Mechanismus Malat-Shuttle: Umwandeln von Stoffen, sodass sie für mitoch.Membran durchlässig werden
- Reduzieren von Oxact zu Malat durch Oxidieren von NADH
- Malat-dehydrogenase
- Transport durch Transporter
- Schritt 1 rückgängig machen: Oxidation von Malat zu Oxalacetat, NAD+ wird reduziert zu NADH
--> NADH wird in Matrix angereichert
- Reduzieren von Oxact zu Malat durch Oxidieren von NADH
- Aspartat-shuttle: transportiert keine é
- Aspartat-aminotransferase (= GOT?)
Glukoneogenese & Glykolyse
- Nettogleichungen
- Regulierung
- Was passiert wenn Blutzucker tief?
Ablauf beider Reaktionswege gleichzeitig bedeutet E-Verlust
gegenseitig reguliert: je mehr Glykolyse, desto weniger Gluconeogenese
- Hormonelle Aktivatoren/Inhibitoren wirken auf Enzyme
- wichtiges Zwischenprodukt: Fructose-2,6-bisphosphat
- Knotenpunkt zwischen beiden Wegen: über Regulierung kann Stoffwechsel gesteuert werden
- hemmt in hoher konzentration allosterisch die Fructose-1,6-bisphosphatase
- Blutzucker tief:
weniger F2,6P --> PFK wird inhibiert, FBPase aktiviert
Basics
Je positiver das Redoxpotential eines Stoffes desto a).... ist seine Affinität für Elektronen und damit seine Tendenz b).... zu werden. Je negativer das Potential ist, desto c)... ist die Tendenz Elektronen zu verlieren. In einer Redoxreaktion bewegen sich die Elektronen vom Partner mit d)... Reduktionspotential zum Partner mit e)... Reduktionspotential.
Zitrat-Zyklus
- Ziele
- Ausgangstoffe und woher stammen diese?
- Eigenschaften
- Was passiert mit Stoffen nach einem Umlauf?
- Welche Schritte sind energieliefernd?
- Was für Citratzyklus wichtig?
- Vollständige oxidation von Pyruvat zu 3 x CO2,
- Energie in NADH sowie FADH2 speichern
- 3 x NADH + 1 x FADH2
- ein GTP bilden
- Energie in NADH sowie FADH2 speichern
- Ausgangsstoff: Pyruvat aus Carbs oder Acetyl-CoA aus Fett- und Aminosäuren
(Acetyl-CoA = "aktivierte Essigsäure", energiereich dank CoA und deswegen reaktiv mit Oxalacetat) - Nice to know
- Kein Nettoverbrauch an Oxalacetat, da dieses über jeden Umlauf hinweg regeneriert wird
- Acetat wird zu Kohlendioxid und Wasser oxidiert
- B1,B2 und B5 sind notwendige Vitamine für Citratzyklus
- Energieliefernd sind nur die vier Dehydrierungsschritte (alles Dehydrogenhase-Enzyme) der Substrate
- Isocitrat
- alpha-Ketoglutarat
- Succinat (FADH2)
- Malat
Citratzyklus
- Problem und Lösung
- Enzym, Mechanismus (genau)
Import von Pyruvat in MitochMatrix nicht möglich. Pyruvat wird jedoch in innere membran transportiert und muss dort umgewandelt werden, um weiter transportiert werden zu können.
- Pyruvatdehydrogenase wandelt Pyruvat in Acetyl-CoA, NADH und CO2 um
- Multienzymkomplex: Sehr effizient (Fliessband), Verkettung von Edukt und Produkt von aufeinander folgende Reaktionen
- bestehend aus drei verschiedenen Enyzmen
- enthält mehrere Co-Enzyme und prosthetische Gruppen: ermöglicht Regeneration Katalysators
- Multienzymkomplex: Sehr effizient (Fliessband), Verkettung von Edukt und Produkt von aufeinander folgende Reaktionen
Mechanismus
- Decarboxylierung: Abspaltung von COO (carboxygruppe) durch Pyruvatdehydrogenase, wird zu CO2
--> Pyruvat (C3) wird zu C2 Fragment
Thiaminpyrophosphat (TPP) bildet dabei die prosthetische Gruppe der Pyruvatdehydrog., bindet an C2-Fragment, wird zu Hydroxyethyl-TPP und CO2. - Hydroxyethylgruppe wird zu einer Acetylgruppe oxidiert (gibt H ab) und von Liponamid übernommen. Die Disulfidgruppe des Liponamids wird bei dieser Reaktion zur Disulfhydrylform reduziert (S-Atome nicht mehr gebunden).
- Regeneration von Dihydroliponamid zu Liponamid:
FAD wird zu FADH2 reduziert (keine Brücke)
FADH2 reduziert NAD+ zu NADH wodurch neues FAD entsteht.
Citratzyklus
- Schritte des Citratzykluses
- Enzyme
- Ausgnang und Endprodukte
- Wichtige Mechanismen
Bildung von Citrat
- Citratsynthase
- Ausgangsstoffe: Oxact + Acetyl-CoA
- zwei Teilreaktionen: 1) Bindung der Ausgangsstoffe 2) Hydrolyse. Dabei 1) Voraussetzung für 2)
- irreversibel
- Citrat kann - im unterschied zu Acetyl-CoA - aus Mitochondrium zur FS-Synthese transportiert werden
Isomerisierung von Citrat zu Isocitrat
- Acontinase
- katalysierte Konformationsänderung
Oxydative decarboxylierung von isocitrat
- Isocitrat-dehydrogenase
- Isocitrat wird zu a-ketoglutarat
- Oxidationsschritt: bildung von NADH
- Decarboxylierung (von Oxalsuccinat): Entstehung CO2 (das ursprünglich aus aus Oxalacetat stammt. 1 und 2 runde im Citratzyklus nicht identisch!)
- (danach nochmal Teilreaktion, Bildung a-Ketoglutarat)
Oxidative Decarboxylierung von a-Ketoglutarat
- a-Ketoglutarat-Dehydrogenase: Enzymkomplex ähnlich Pyruvatdehydrogenase
- Entstehung CO2 (wieder aus ursprünglichem Oxalacetat) und Reduktion von NAD+ zu NADH
- a-ketoglutarat wird zu Succinyl-CoA
Bildung von Succinat
- Succinyl-CoA-Synthetase
- Mechanismus
- Succinyl-CoA wird phosphoryliert
- Histidin des Enzyms wird phosphoryliert, wodurch Succinat frei wird
- Phosphorylierte His gibt P and GDP ab --> GTP
Dehydrierung von Succinat zu Fumarat
- Succinat-Dehydrogenase
- FAD zu FADH2
Hydratisierung von Fumarat zu Malat
- Fumarase
Regeneration von Oxalacetat aus Malat
- eigentlich endergon, durch Verkopplung an Nachbarreaktionen doch "spontan" möglich. Vorallem Citrat-Synthase-reaktion (erste) treibt auch letzte reaktion an.
- Bildung von NADH (somit NAD+ abhängig)
Atmungskette
- Mechanismus
- wichtige Stoffe
- Gradienten&Potentiale
- Bestandteile und deren Aufbau
- Wo befinden sich diese?
- Wozu dienen sie, Funktion?
Ziel: Protonengradient
Bestandteile
- Redoxproteine (Komplexe 1-4) inneren mitoMembran
- können zwischen reduzierten und oxidierte Form switchen
- sind Mutlienzymkomplexe
- pumpen p+ in intermembranraum --> entsteht Protonengradient
- Complex I: 4 p+
- Complex III: 4 p+ via Q-Zyklus (Folge von Redoreaktionen, bei der zwei é von Ubihydrochinon auf Cytochrom c wandern während vier p+ in Intermembranraum und 2 p+ in Komplex III gelangen)
- Complex IV: 2 p+
- Elektronencarrier: Coenzym Q & Cytochrom
- Q zwischen 1 und 3, auch von 2 auf 3
- trägt 2 é
- lipophil, bewegt sich in Membran
- Cyt C zwischen 3 und 4, dem intermembranraum entlang
- trägt nur 1 é
- trägt Häm-gruppen
- Cyanid hemmt Cytochrom-c-oxidase in Complex IV, die vier é auf O2 übertragen sollte (änhliche Wirkung wie Sauerstoffmangel)
- Q zwischen 1 und 3, auch von 2 auf 3
Mechanismus
- Der é-Lieferant wird immer oxidiert, immer exergon
- é-Fluss entlang zunehmend steigendem Redoxpotential in inneren mitomembran
- NADH tritt bei Komplex 1 ein, FADH2 bei Komplex 2
- Abfallprodukt: H2O
- ROS: unvollständig oxidierter Sauerstoff erzeugt Oxidationsschäden (zB durch HO-Anion/Radikal)
- Antioxidantien
- enzymatisch
- nicht enzymatisch: Vitamin E, C und Gluthation
- Antioxidantien