Biochemie 4
Energiemetabolismus --> Zitronensäurezyklus und Glyoxylatzyklus
Energiemetabolismus --> Zitronensäurezyklus und Glyoxylatzyklus
Set of flashcards Details
Flashcards | 27 |
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Language | Deutsch |
Category | Biology |
Level | University |
Created / Updated | 16.04.2015 / 12.11.2017 |
Weblink |
https://card2brain.ch/box/biochemie_4
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Oxidative Carboxylierung von Pyruvat
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- Pyruvat wird durch die oxidative Carboxylierung (Abspaltung von CO2) zu Acetyl-CoA
- delta G'0 ist stark negativ, GG liegt also auf der Seite der Produkte, -33.4 kJ/mol
- beteiligtes Enzym ist die Pyruvatdehydrogenase
- angehängt wird ein CoA-SH anstelle des CO2, ausserdem wird ein NAD+ benötigt
- Durch die Generierung von Acetyl-CoA aus Pyruvat wird eine Verbindung zwischen der Glykolyse und Citratzyklus hergestellt.
- Das entstandene Acetyl-CoA kann dann mit Oxalacetat durch die Citratsynthase weiter zu Citrat umgesetzt werden. Das NADH/H+ kann durch die Atmungskette wieder reoxidiert werden.
Cofaktoren des Pyruvatdehydrogenase-Komplexes
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- Thiamin-Pyrophosphat TPP (Thiamin = Vitamin B1)
- Coenzym A (Pantotenat = Vitamin B5)
- Lipoat
- FAD+/FADH2 (Riboflavin = Vitamin B2)
- NAD+/NADH (Niacin = Vitamin B3)
TPP
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- Thiamin-Pyrophosphat ist prosthetische Gruppe bei der oxidativen Carboxylierung von Pyruvat zu Acetyl-CoA
- TPP bindet an das Pyruvat, reagiert und es entsteht ein Hydroxyethylthiaminpyrophosphat und CO2
- Diese Hydroxyethylgruppe wird zu einer Acetylgruppe oxidiert und von Liponamid übernommen, so dass eine energiereiche Thioesterbindung --> S-Acetylliponamid, entsteht
- Liponamid ist an der Transacetylase-Untereinheit kovalent gebunden. Die Disulfidgruppe des Liponamids wird bei dieser Reaktion zur Disulfhydrylform reduziert
CoA
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- Coenzym A, reagiert nach dem TPP bei der oxidativen Carboxylierung
- Der Acetylrest von Acetylliponamid wird auf Coenzym A übertragen, somit entstehen Acetyl-CoA und Dihydroliponamid (C).
- katalysiert von der Dihydrolipoyl-Transacetylase (E2)
- Formal erfolgt bei dieser Reaktion eine Umesterung, wodurch die energiereiche Thioesterbindung erhalten bleibt
- stark negatives delta G'0 = -31.4 kJ/mol
Pyruvatdehydrogenase-Komplex
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- besteht aus drei Untereinheiten, E1, E2 und E3
- Architektur ist stark konserviert
Mechanismus des Pyruvatdehydrogenase-Komplexes
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- 1. Pyruvatdehydrogenase (E1): Pyruvat reagiert mit TPP zu Hydroxyethyl-TPP
Dihydrolipoyltransacetylase (E2):
- 2. Hydroxyethyl-TPP reagiert mit oxidiertem Lipoyllysin zu Acyllipoyllysin
- 3. Acyllipoyllysin reagiert mit CoA-SH zu Acetyl-CoA, das frei gesetzt wird.
Dihydrolipoyldehydrogenase (E3):
- 4. das reduzierte Lipoyllysin wird durch FAD+ wieder oxidiert
- 5. FADH2 wird durch NAD+ wieder oxidiert
Funktionen des Zitronensäurezyklus
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- erster Teil der aeroben Verbrennung von Brennstoffen
- komplette Oxidation von Acetyl-Gruppen zu CO2 um NADH und FADH2 zu produzieren (kein ATP! nur etwas GTP)
- NADH und FADH2 werden für die Produktion von ATP in der oxidativen Phosphorylierung gebraucht
- Produktion von Vorläuferstoffen für die Synthese von wichtigen biologischen Molekülen
- Das gleiche Oxalacetat wird immer wieder verwendet, um mit Acetyl-CoA zu reagieren
- findet im Mitochondrium statt
- >95% der in den Zellen gnerierten Energie kommt durch den ZSZ und der anschliessenden oxidativen Phosphorylierung zustande
ZSZ - 2. Reaktion
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= turn,
= for-/backward,
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Produkte des ZSZ
- 3 NADH
- 1 GTP/ATP
- 1 FADH2
- 2 CO2
Oxidative Phosphorylierung
- = Atmungskette
- gemeinsamer Weg, über den alle aus den verschiedensten Nährstoffen der Zelle stammenden Elektronen auf Sauerstoff übertragen werden --> in der aeroben Zelle ist der molekulare Sauerstoff der letzte Elektronenakzeptor
- besteht aus 4 Komplexen
- Komplex I: NADH-Oxidase --> durch NADH werden 4 H+ in den Intermembranraum gepumpt
- Komplex II: Succinatdehydrogenase --> die gleiche wie im ZSZ, wandelt Succinat in Fumarat um und übergibt die Elektronen an Ubiquinon
- Komplex III: Cytochrom-C-Reduktase --> pumpt 4 H+ in den Intermembranraum, Cytochrom nimmt die Elektronen auf und bringt sie zu Komplex IV
- Komplex IV: Cytochrom-C-Oxidase --> überträgt die Elektronen vom Cytochrom auf Sauerstoff, wodurch mit H H2O entsteht. Dabei werden wieder 2 Protonen in den Intermembranraum gepumpt
- durch jedes NADH werden 10 Protonen gepumpt --> dadurch entstehen 2.5 ATP
- durch jedes FADH2 (das entsteht dadurch, dass durch die Reaktion von Succinat zu Fumarat FAD+ zu FADH2 reduziert wird) werden 6 Protonen gepumpt und es entstehen 1.5 ATP
Komplexität der Oxidation der Acetylgruppen zu CO2
- ist nicht die einzige Funktion des ZSZ --> C4 und C5 Intermediate werden bei einigen katabolischen Prozessen als Brennstoff verwendet
- ZSZ bietet Intermediate für biosynthetische Reaktionen
- der ZSZ evolvierte stufenweise schon unter anaeroben Bedingungen, die aeroben kamen erst später dazu, da war der Ablauf aber schon so gegeben
Regulation des ZSZ
- reguliert werden 4 Enzyme: Pyruvatdehydrogenase-Komplex, Citrasesynthase, Isocitratdehydrogenase, alpha-ketogluteratdehydrogenase-Komplex
- Pyruvatdehydrogenase-Komplex: hauptsächlich durch allosterische Regulation
- inhibitorisch: NADH, ATP, Acetyl-CoA und Fettsäuren
- aktivierend: NAD+, AMP, CoA
- ZSZ: hauptsächlich reguliert durch Substrat- und Produkt-Konzentrationen
- inhibitorisch: NADH, ATP
- aktivierend: NAD+, ADP
Synthese von Glukose aus FS
- der Glyoxylatzyklus ermöglicht es den Pflanzen und Bakterien, aus Acetyl-CoA (bzw. FS) direkt wieder Glukose herzustellen.
- Das können alle Wirbeltiere nicht
- Alles Oxalacetat bleibt im ZSZ und kann daher nicht zu PEP und weiter zu Glukose verarbeitet werden.
- Die Umwandlung von PEP zu Pyruvat und Pyruvat zu Acetyl-CoA sind so exergon, dass sie völlig irreversibel sind
- Acetyl-CoA wird gebraucht, um der Gluconeogenese als Ausgangsprodukt zu dienen
Beziehung zwischen Glyoxylatzyklus, ZSZ und Gluconeogenese
- aus den FS wird durch Oxidation Acetyl-CoA hergestellt
- das geht in den Glyoxylatzyklus ein und bildet zunächst Intermediate des ZSZ, die dort weiterverwendet werden
- in weiteren Schritten wird aus Acetyl-CoA im Glyoxylatzyklus Oxalacetat hergestellt, das in der Gluconeogenese zu Hexosen umgewandelt wird
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