Biochemie

Nein.

Die Gibbs-Energie (mass für Ornung) einer spontanen Reaktion läuft nur bis =0 (wäre sie positiv, würde mehr Ornung entstehen)

Dabei gilt, dass Edukt und produkt in einem bestimmten Verhältnis zueinander stehen. Und zwar so, dass der Umsatz katalysierter Reaktionen nie vollständig ist.

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
• 2 (grün): Acyl-enzym Intermediat
  • C ist sp2 hybridisiert --> 3-fach koordiniert

Schritte

1. Bildung des 4-fach koordinierten Intermediates
   • Nukleophiler Anriff von Ser 195 auf Carbonygruppe
2. Auflösung des 4-fach-koordinierten Intermediates
   • Peptidbindung wird gespalten --> neuer N-Terminus (= Abgangsgruppe)
   • His 57: Protondonor
3. Abgangsgruppe wird durch Wasser ersetzt
4. Hydrolyse des acyl-enzym Intermediates
   • wieder ÜZ 1
5. Schritt 1 wird rückgängig gemacht
   • entstehen wieder zwei Moleküle
     • Das Peptid wurde aber gespalten und liegt mit neuem C-terminus vor
   • Enzym wieder aktiv

Proteasen werden in Form von Zymogenen hergestellt

Zymogene (=Proenzyme)

• N-terminale Extension, die vor Selbstverdauu schützt
• Andere Enzyme (z.B. Enteropeptidase oder Trypsin) aktivieren Zymogene

Unimolekular: erster Ordnung

• A --> P
• v = k * [A]
• zB radiokativer Zerfall

Bimolekular: zweiter Ordnung

• A + B --> P
• v = k * [A] * [B]

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

MM-Konstante (K_m): Halbmaximale Geschwindigkeit der Enzymaktivität

• Substratkonzentration, bei der Enzym mit halbmaximaler Geschwindigkeit arbeitet
  • Wenn [S] sinkt, nimmt auch Reaktionsumsatz ab (vgl. Blot)
  • Wenn [S] = K_m dann liegt E zu 50% als freies E und zu 50% als ES vor
• Dementesprechend gibt K_m auch über Affinität von E zu S aufschluss: K_m tief, Affinität hoch

Reaktionsgeschwindigkeiten

• v_max: 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
• K_cat: Umsatzzahl; Vmax/E_total (= 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)

vgl. Bild

Normalerweise ist V_max Asymptote --> Ablesen schwer.
Deswegen werden in Praxis V_max sowie K_m 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.

• V_max schneidet Ordinate
• K_m schneidet Abszisse
• K_m/V_max 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 K_m/V_max bleibt gleich (bei rein unkompetitiven Inh nicht)
  • Erhöhung der Substratkonzentration hat keinen Einfluss auf unkomp. Inh.
  • Spezialfall: rein unkompetitive Inhibitoren haben dieselbe K_m
• gemischte: können beides
  • V_max & K_m variieren je nach [S]

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
      •  
  • kovalente Modifikationen: Phosphorylierung
    • durch Kinasen und Phosphatasen
    • Bsp: Glykogen Phosphorylase

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+P_i oder ATP --> AMP+PP_i
• 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

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

• 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
        1. Substrat bindet
        2. Säurebasierte Ringöffnung: um Aldose in Ketose überführen zu können, muss Zucker in linearer Form vorliegen
        3. Basenkatalyse: saures H (auf Position 2) wird von Base des Enzymes aufgenommen, C1 und C2 nun Doppelbindung
        4. Säurekatalyse: von B aufgenommene saure H geht in Medium èber, wàhrend C1 ein H+ aufnimmt
        5. 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
    • 5) Isomerisierung von DHAP und GAP

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

•  

• 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:
     
• Nebenast der Glykolyse (?)
• Phase 1: oxidativ, stark exergonisch. Dient Herstellung von NADPH (Glucose wird oxidiert)
  1. Phosphorylierung: α-D-Glucose zu α-D-Glucose-6-phosphat, unter ATP-Verbrauch
  2. 6-Phosphoglucono-δ-Lacton
  3. 6-Phosphogluconat
  4. 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

Transketolasen:

• C5 + C5 --> C3 + C7
• zweimal vorhanden

Transaldolasen:

• C3 + C7 --> C6 + C4

Total: 2 Xylulose5P + 1 R5P --> 2 C6 + C3 (= Glycerin-3-Phosphat)

NADPH und R5P können generiert werden.

Reguliert wird das Ganze über Enzyme, die am Anfang des PPP stehen.

Ribulose-5-phoshpat Nachfrage vor allem in sich schnell teilenden Zellen 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

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

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
• 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.
• dephosphorylierende
  • funktioniert mit Inhibitor: wird dieser phosphoryliert, inhibiert er eine dephosphorylierende Kinase (diese kann Glycogensynthase aktivieren oder Glycogenphosphorylase inaktivieren)

Lactose: b-Bdg

Sucrose: a-Bdg

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

• 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
  1. Reduzieren von Oxact zu Malat durch Oxidieren von NADH
     • Malat-dehydrogenase
  2. Transport durch Transporter
  3. Schritt 1 rückgängig machen: Oxidation von Malat zu Oxalacetat, NAD+ wird reduziert zu NADH
     --> NADH wird in Matrix angereichert
• Aspartat-shuttle: transportiert keine é
  • Aspartat-aminotransferase (= GOT?)

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

1. Glykolyse im Cytosol
2. Zitrat-Zyklus in mitoch. Matrix
3. Atmungskette (oxydative Phoshorylierung) in inneren Mitochondrienmembran
4. (ATP-Synthase?)

Reduktion: é Aufnahme
Oxidation: é Abgabe

• Vollständige oxidation von Pyruvat zu 3 x CO2,
  • Energie in NADH sowie FADH2 speichern
    • 3 x NADH + 1 x FADH2
  • ein GTP bilden
• 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

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

Mechanismus

1. 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.
2. 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).
3. Regeneration von Dihydroliponamid zu Liponamid:
   FAD wird zu FADH2 reduziert (keine Brücke)
   FADH2 reduziert NAD+ zu NADH wodurch neues FAD entsteht. 

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
  1. Oxidationsschritt: bildung von NADH
  2. Decarboxylierung (von Oxalsuccinat): Entstehung CO2 (das ursprünglich aus aus Oxalacetat stammt. 1 und 2 runde im Citratzyklus nicht identisch!)
  3. (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
  1. Succinyl-CoA wird phosphoryliert
  2. Histidin des Enzyms wird phosphoryliert, wodurch Succinat frei wird
  3. 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)

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)

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