Biochemie 2

Bei der Lactat-Fermentation wird Pyruvat zu L-Lactat umgewandelt. Das heisst, dass das Pyruvat die Elektronen von NADH aufnimmt und dadurch in L-Lactat umgewandelt wird. Das passiert, weil unter anaeroben Bedingungen kein O2 als Elektronenakzeptor vorhanden ist und daher Pyruvat herhalten muss. GG der Reaktion liegt stark auf der Seite der Produkte. Lactat kann in der Zelle akkumulieren. Die Reduktion von Pyruvat wird durch die Lactat-Dehydrogenase katalysiert.

Zunächst wird Pyruvat in Acetaldehyd umgewandelt --> Decarboxylierung, wobei CO2 frei wird. Diese Reaktion ist irreversibel. Beim 2. Schritt wird das Acetaldehyd reduziert und wandelt sich so in Ethanol.

Die Gesamtreaktion der Ethanolfermentation ist

Glucose + 2 ADP + 2 P_i ---> 2 Ethanol + 2 CO2 + 2 ATP + 2 H2O

Das Verhältnis von C:H bleibt in beiden Fermentationen gleich --> Glucose zu CO2 und Ethanol

• Glykolyse: 2 ATP/mol Glukose
• Oxidative Phosphorylierung: ca. 30 ATP/mol Glukose

• besonders gebraucht im Gehirn, Nervensystem, Erythrozyten, Nierenmark, Hoden
• Leber spielt zentrale Rolle bei der Versorgung des Blutes mit Glukose

1. Abbau des Leber-Glykogens
2. Gluconeogenese

Bei Anstrengung wird in den Muskeln Lactat gebildet, wobei ATP über die Glykolyse entsteht. Das Lactat gelangt über das Blut in die Leber und wird dort unter ATP-Verbrauch wieder in Glucose umgewandelt.

---> Glukose - Lactat - Glucose

Drei Reaktionen der Glykolyse sind irreversibel: 1, 3 und 10

Umwandlung von Pyruvat zu PEP

• Reaktion 10 der Glykolyse
• 2 Reaktionsmöglichkeiten, abhängig davon ob der Vorläuferstoff Pyruvat/Alanin oder Lactat ist
• Pyruvat wird in Mitochondrien transportiert oder im Mitochondrium aus Alanin gebildet und dort über die Pyruvatcarboxylase (braucht Biotin) zu Oxalacetat umgewandelt
• Oxalacetat kann nicht aus den Mitochondrien transportiert werden (weil keine passenden Transporter), deshalb wird es zu Malat reduziert (durch die mitochondriale Malatdehydrogenase unter Verbrauch von NADH)
• Im Cytosol wird das Malat unter Gebrauch von NAD+ mit Hilfe der cytosolischen Malatdehydrogenase wieder in Oxalacetat umgewandelt
• Oxalacetat wird unter Abgabe von CO2 mit Hilfe der cytosolischen PEP-Carboxykinase zu PEP, wobei GTP verbraucht wird

Lactat als Vorläufer:

• Lactat wird zu Pyruvat umgewandelt, wodurch NADH im Cytosol entsteht
• Dadurch werden keine Reduktionsäquivalente mehr gebraucht, wie Malat, die das NADH im Cytosol herstellen
• Das Pyruvat im Mitochondrium wird unter Aufnahme von CO2 über die Pyruvatcarboxylase in Oxalacetat umgewandelt
• Das Oxalacetat kann jetzt direkt unter Aufnahme von CO2 über die mitochondriale PEP-Carboxykinase in PEP umgewandelt werden
• Das PEP wird ins Cytosol transportiert und geht dort in die restliche Gluconeogenese

Fructose-1,6-Bisphosphat + H2O ---> Fructose-6-Phosphat + P_i

katalysiert durch FBPase-1, irreversible Reaktion

hier passiert eine HYDROLYSE und kein Phosphoryltransfer

G6P + H2O ---> Glukose + P_i

katalsysiert durch die Glukose-6-Phosphatase, auch irreversibel

• G6P wird über den G6P-Transporter ins ER-Lumen transportiert
• dort wird es über die G6-Phosphatase zu Glukose und P_i umgewandelt
• Glukose und P_i werden über 2 Transporter (T2 und T3) aus dem Lumen transportiert
• Glukose wird über den GLUT2-Transporter aus der Leber ins Blut

• Für jedes Molekül Glukose werden 6 ATP/GTP gebraucht, sowie 2 Moleküle NADH
• Glykolyse: delta G'0 = -63 kJ/mol
• Gluconeogenese: delta G'0 = -16 kJ/mol
• die meiste Energie wird für die Irreversibilität der Gluconeogenese gebraucht
• Vorteil für die Investition ist, dass wenn Pyruvat nicht in Glukose umgewandelt werden würde, sondern ausgeschieden werden würde, auch das Potenzial für die Produktion von mehr als 10 ATP durch die komplette aerobe Oxidation des Pyruvats verloren ginge

18 der 20 AS dienen als Vorläufer der Gluconeogenese, da sie in Pyruvat oder Zwischenprodukte des ZSZ umgewandelt werden können

Nur Leucin und Lysin sind nicht fähig Kohlenstoff für die Netto-Glukose bereit zu stellen

• Oxidation von Glukose zu Ribose-5-Phosphat, wobei biosynthetisch wichtiges NADPH entsteht
• in Geweben, in denen vor allem NADPH gebraucht wird, werden die Pentosephosphate in einer nîcht-oxidativen Reaktion wieder zu G6P rezykliert
• diese Reaktion wird durch Transketolase und Transaldolase katalysiert

Vorläufer zur Herstellung von Nukleotiden, Coenzymen, DNA und RNA (Nukleinsäuren)

Ob G6P in die Glykolyse oder den PPP eingeht, wird durch momentante Benötigung der Zelle und der Konzentration von NADP+ im Cytosol bestimmt. Ohne den Elektronenakzeptor NADP+ kann die erste Reaktion des PPP nicht stattfinden

1. Speicherung in Form von Glykogen, Stärke und Saccharose
2. Oxidation über die Glykolyse zur Herstellung von Pyruvat, Gluconeogenese um aus Pyruvat wieder Glukose herzustellen
3. Oxidation über den Pentose-Phosphat-Syntheseweg um Ribose-5-Phosphat herzustellen
4. Synthese von strukturellen Polymeren für die Extrazelluläre Matrix und die Zellwand-Polysaccharide

• 1 Mol Glucose wird zu 2 Mol Pyruvat umgewandelt, woraus 2 Mol ATP und 2 Mol NADH entstehen
• benötigt 10 enzymatisch katalysierte Schritte
• benötigt keinen Sauerstoff und findet im Cytosol statt
• alle Zwischenprodukte der Glykolyse haben Verbindungen mit 3 oder 6 Cs
• Glykolyse wird in 2 Phasen aufgeteilt, die "preparatory" und die "pay-off" Phasen

• beinhaltet die ersten 5 Schritte
• 1 mol Glukose wird in 2 mol Glyceraldehyd-3-Phosphat umgewandelt
• verbraucht 2 mol ATP

• letzten 5 Schritte
• 2 mol Glyceraldehyd-3-Phosphat werden in 2 mol Pyruvat umgewandelt
• erzeugt 4 mol ATP und 2 mol NADH

Glukose wird zu Glukose-6-Phosphat umgewandelt, geht nur mit ATP-Hydrolyse, sodass Reaktion irreversibel ist

--> Phosphorylierte Zucker können nicht durch Membranen transportiert werden

Glukose-6-Phosphat wird zu Fructose-6-Phosphat umgewandelt, Verschiebung des Sauerstoffs ist wichtig, damit die Fructose gespalten werden kann

(schwach positives delta G'0 --> reversibel)

Fructose-6-Phosphat wird in Fructose-1,6-Bisphosphat umgewandelt

irreversibel, da stark negatives delta G'0

Fructose-1,6-Bisphosphat wird zu Dihydroxyacetonphosphat und Glyceraldehyd-3-Phosphat umgewandelt

--> läuft unter Standardbedingungen nicht ab, da sehr positives delta G'0, aber aufgrund der Konzentrationen möglich; daher auch reversibel

Dihydroxyacetonphosphat wird zu Glyceraldehyd-3-Phosphat umgewandelt --> Endprodukte der Preparations-Phase sind 2 Moleküle Glyceraldehyd-3-Phosphat

positives delta G'0, daher reversibel

siehe Bild

--> war wichtig für die Aufklärung der Stoffwechselwege

Glyceraldehyd-3-Phosphat reagiert mit Phosphat zu 1,3-Bisphosphoglycerat, wobei NAD+ zu NADH umgewandelt wird --> NADH muss konstant rezykliert werden, sonst kann die Glyklyse nicht ablaufen

-->energetisch mit der nächsten Reaktion gekoppelt, sonst kann sie nicht ablaufen (leicht positives delta G'0)

--> 1,3-Bisphosphoglycerat kann sehr gut phosphoryliert werden, dass ist das Ziel der Reaktion

1,3-Bisphosphoglycerat reagiert mit ADP zu 3-Phosphoglycerat und ATP

1. Substratlevelphosphorylierung: Chemische Reaktion, die ATP durch direkten Transfer einer Phosphorylgruppe auf ADP von einem reaktiven Zwischenprodukt produziert
2. Oxidative Phosphorylierung und Photophosphorylierung: Synthese von ATP durch Gebrauch eines Protonengradienten über eine Membran

3-Phosphoglycerat wird zu 2-Phosphoglycerat umgewandelt

delta G'0 ist nahe bei 0 (4.4 kJ/mol) --> also voll reversible Reaktion