Biochemie - Metabolismus 2
Zweiter Teil der Vorlesung
Zweiter Teil der Vorlesung
Was ist Cardiolipin?
Glycerin verestert mit zwei Phosphatidsäuren
Wie sind Phospholipide netto geladen? Ladung von zwei Phospholipiden.
negativ oder neutral.
Phosphatidylinositol ist negativ
Phosphatidylcholin ist neutral
An welchen Reaktionen sind folgende Coenzyme beteiligt:
- Biotin
- Thiamin
- Nicotinamid
- Flavin
- Biotin: Carboxylierung bei der Biosynthese von Fettsäuren
- Thiamin: übernimmt die Decarboxylierung beim Pyruvatdehydrogenase Komplex bei der Umwandlung von Pyuvat zu Acetyl-CoA am Anfang des TCA-Zyklus
- Nicotinamid: Redoxreaktion als NAD+/NADH oder NADP+/NADPH
- Flavin: Redoxreaktion als FAD/FADH2
Was ist ein Cytochrom
Farbige Proteine mit einem eisenhaltigen Häm. Das Häm-Molekül ist zyklisch und hat 4 Stickstoffe, die das Fe2+/3+ koordinieren. Cytochrome agieren Redoxvermittler.
Welches sind die beweglichen Elektronenüberträger der Atmungskette?
NADH oder FADH2, Ubichinon, cytochrom c
Welche Eigenschaften muss ein Molekül besitzen, um als Entkoppler zu wirken?
Machen die Membran gegenüber Protonen durchlässig und wirken dadurch dem H-Gradientenaufbau der Pumpen entgegen und zerstören die ATP-Synthese.
Was versteht man unter Substratphosphorylierung, oxidative Phosphorylierung, Photophsophorylierung?
Substratphosphorylierung: z.B. in der Glykolyse wo ATP-Synthese durch chemische Reaktion mit Substratmolekülen an löslichen Enzymen erfolgt
oxidative Phosphorylierung: oxidationsgetriebene ATP-Synthese,
Photophsophorylierung: ATP-Produktion durch Absorption von Licht
Wieviel ATP entsteht bei der Glykolyse von Glycose zu Pyruvat (aerob)? Wieviel davon ist von Substratphosphorylierung und wieviel durch Oxidationsphosphorylierung?
2 ATP und 2 NADH --> 5 ATP (2 aus Substrat und 3 oxidativ)
welches sind die zwei wichtigsten Reaktionen, um NADPH für die Synthese von FS zu generieren?
Malat --> Pyruvat + NADPH + CO2
Pentosephosphatweg.
Wo findet der Malat-Aspartat-Shuttle statt und was ist dessen Vorteil?
Leber, Niere, Herz
Man kann cytosolisches NADH in mitochondrielles NADH umwandeln und somit die vollen 2.5 ATP gewinnen.
Wo findet der Glycerin-3-Phosphat-Shuttle statt und was ist dessen Nachteil?
Skelletmuskel und Hirn. Pro NADH nur 1.5 ATP
Wo findet die Gluconeogenese hauptsächlich statt. Was sind die Ausgangsprodukte und von wo stammen diese?
Leber.
Lactat, welches über die Blutbahn aus anaerob arbeitenden Muskeln stammt
Pyruvat aus dem Abbau von den Aminosäuren Gly, Ala, Ser, Cys
Tricarbonzyklusintermediate aus dem Abbau anderer AS, wie z.B. a-Ketoglutarat aus Glu, Gln, Pro, Arg oder Oxaloacetat aus Asp und Asn
Welches Coenzym ist bei der Pyruvatcarboxylase aktiv, welche Reaktion wird katal. und wo ist die Pyruvatcarboxylase aktiv?
Biotin überträgt dort CO2 an Pyruvat zur Bildung von Oxaloacetat unter Verbrauch von ATP. Bei der Neusynthese von Glucose.
Wie kann vermieden werden, dass keine energieverbrauchenden Uyklen bei der Glykolyse und Gluconeogenese stattfinden? Gebe ein Beispiel.
Die Enzyme der irreversiblen Schritte sind reziprok reguliert.
Phosphofruktokinase und Fructose-1,6-bisphosphatase
Was ist der Glyoxylat-Zyklus und bei welchen Lebewesen ist dieser anzutreffen?
Eine Variation des Tricarbonsäurezyklus, der die Gluconeogenese aus Acetat oder Acetyl-CoA (und somit aus FS) ermöglicht.
Nicht bei Säugern, nur bei Pflanzen, E.coli, Hefe.
schildere grob die Glycogensynthese.
Start:
- Die erste Glucose wird kovalent an das Tyrosin des Protein Glycogenin gebunden.
Lineare Kette:
- Glucose wird durch Hexokinae unter ATP-Verbrauch zu G-6-P
- G-6-P wird durch Phosphoglucomutase zu G-1-P isomerisiert.
- G-1-P reagiert mit UTP unter Abspaltung von PP durch das Enzym UDP-Glucosepyrophosphorylase zu UDP-Glucose
- UDP-Glucose reagiert mit Glycogen zu Glycogen (n+1) durch Glycogensynthase
Verzweigung
- Durch Umhängen von terminalen Oligo-Glucosekettenteilen durh Transglycosylase
Schildere grob die Glycogenmobilisation
Phosphorolyse von a1-4 Bdg durch Glycogenphosphorylase --> G-1-P + verkürztes Glycogen.
Spaltung von a1-6 Bdg durch debranching enzyme.
Weiter mit der Glycogenphosphorylase.
Welche Form der Phosphorylase ist aktiv? Wie wird der Glycogenabbau im Muskel stimuliert/gehemmt und wie in der Leber?
Phosphorylase a (phosphoryliert) ist aktiv und die b-Form weniger aktiv. Sowohl im Muskel als auch in der Leber katalysiert die Phosphorylasekinase die Bildung der a-Form (starker Glycogenabbau).
Muskel: Phosphorylasekinase wird durch AMP, Ca2+ und Adrenalin stimuliert und durch ATP gehemmt.
Leber: Die Phosphorylase bindet mit Glucose, welches die Dephosphorylierung zur weniger aktiven b-form stimuliert. Glucagon stimuliert die Phosphorylasekinase und damit den Glycogenabbau.
Welchen Zweck erfüllt der Pentosephosphat-Weg?
Synthese von Ribose aus Glucose. Ribose ist der Vorläufer für die DNA und RNA. Wichtigester Mechanismus, um NADPH zu gewinnen (Nebst dem Malatenzym) für die Biosynthesen.
Nettoreaktion des Pentosephosphat-Weg.
G-6-P + 2 NADP+ --> Ribose-5-P + 2 NADPH + CO2
Leistungen der Leber.
- Syntheseleistungen:
- Gluconeogenese
- Ketonkörpersynthese
- Synthese von Cholesterin und den hieraus abgeleiteten Gallensäuren
- Synthese von Bluteiweißen wie Gerinnungsfaktoren und Globulinen (Speicherproteine und Immunglobuline)
- Speicherung von
- Bildung der Galle
- Abbau und Entgiftung, z.B. Abbau von Steroidhormonen oder Ammoniak in Harnstoff umwandeln
- die Regulierung des Vitamin- und Spurenelementstoffwechsels
Funktionen der Niere
Regulation des Wasserhaushalts des Körpers.
Langfristige Regulation des Blutdrucks.
Ausscheidung harnpflichtiger (z. B. Harnsäure, Harnstoff, Kreatinin) und giftiger (z. B. Medikamente) Substanzen.
Regulation des Säure-Basen-Haushalts des Körpers.
Regulation des Gehalts an gelösten Elektrolyten im Blut (Homöostase): Natrium, Kalium, Calcium, Magnesium, Phosphat, Bicarbonat.
Bildung von verschiedenen Hormonen: Renin (Enzym, kurzfristige Blutdruckregulation), Erythropoetin (Stimulation der Blutbildung), Calcitriol (Vitamin D, beteiligt am Calciumstoffwechsel), Kinine und Prostaglandine.
Maßgebliche Beteiligung an Gluconeogenese, neben der Leber.
Homöostase
Regulation des Gehalts an gelösten Elektrolyten im Blut.
Enzymtypen und deren Funktion
Phosphatase
Isomerase/Mutase
Kinase
Dehydratase
Dehydrogenase
Phosphatase - Hydrolyse eines Phosphatesters
Isomerase/Mutase - Isomerisierung, Verschiebung einer Gruppe innerhalb des Moleküls
Kinase - Phosphatübertragung=Phosphorylierung
Dehydratase - Wasserabspaltung
Dehydrogenase - Redoxreaktion (formell H+/H-)
Funktionsweise der Aldolase?
Die Aldolase bei der Glykolyse katalysiert eine Aldolkondensation/spaltung.
Die Ketose wird als Schiffsche Base kovalen and die Seitenkette des Lysins gebunden. Danach wird das Molekül gespalten und man erhält freies Glycerinaldehyd-3-P. Das Dihydroxyaceton-P wird dann noch von der Aldolase abgespalten.
Wie wird NAD+ gewonnen, damit die Glykolyse unter anaeroben Bed. weiterlaufen kann.
Bei Tierzellen: Pyruvat --> Lactat , dabei wird NADH in NAD+ umgewandelt
Hefe: Pyruvat --> Acetaldehyd + CO2 --> Ethanol, im letzten Schritt wird NADH in NAD+ umgewandelt
Welche Schritte der Glykolyse sind unter physiologischen Bedingungen praktisch irreversibel?
Schritt 1 mit Hexokinase, Schritt 3 mit Phosphofructokinase, Schritt 10 mit Pyruvatkinase. Diese 3 Schritte müssen bei der Gluconeogenese umgangen werden.
Alle anderen Schritte sind reversibel.
Wo findet die Glykolyse statt?
Im Cytosol
Regulierung der Glykolyse
Regulation am ersten spezifischen Schritt, nämlich bei dem tetrameren Enzym Phosphofructokinase.
- allosterische Hemmung durch ATP und Citrat (vom TCA-Zyklus)
- allosterische Stimulation durch ADP und AMP
- stimulierung durch second messenger Fructose-2,6-bis-P, welches die Affinität der Phosphofructokinase erhöht und die allosterische Hemmung durch ATP senkt. Ein hoher Blutzuckergehalt oder Adrenalin stimulieren die F-2,6-bis-P Synthese und damit die Glykolyse.
Was versteht man unter dem Pasteur-Effekt?
Bei aeroben Bed. hat es viel ATP und die Glykolyse wird gehemmt.
Was ist eine Schiffsche Base?
Aminogruppe + Carbonylgruppe --> Schiffsche Base (R-N=O<R) + H2O
In welchen Schritten der Glykolyse werden ATP synth.?
Phosphoglyceratkinase und Pyruvatkinase
Wieviele ATP-Äquivalente wird pro äglucose in der Glykolyse produziert?
2 ATP + 2 NADH = 7 ATP
Was entsteht aus dem Kohlenstoffgerüst eines Mols Glucose nach der Verwertung zur ATP-Produktion in Hefe unter aerober Bedingungen.
6 Mol CO2
Lokalisation des TCA-Zyklus bei Prokaryonten und bei Eukaryonten
Prokaryoten - Cytoplasma
Eukaryoten - Mitochondrien
Für was steht FAD?
Flavin-Adenin-Dinukleotid
welches sind die Cofaktoren des Pyruvatdehydrogenase-Komplexes
TPP (Thiaminpyrophosphat), Liponamid, FAD, NAD+, CoA
Wieso ist GTP ein ATP-Äquivalent?
Das Phosphat von GTP kann durch Nucleosidphosphatkinase auf ADP übertragen werden
GTP + ADP --> GDP + ATP
Wieviel ATP-Äquivalente für cytosolisches und mitochondriales NADH? V
mitochondriales NADH, welches vom TCA-Zyklus und vom FS-Abbau stammt liefert 2.5 ATP, da dieses über die Atmungskette ein Protonengradient erzeugt, welcher die ATP-Synthase antreibt.
Cytosolisches NADH (von Glykolyse) liefert nur 1.5 ATP, da dieses NADH über den Glycerin-3-P-Shuttle umgewandelt wird. NADH reduziert Dihydroxyacetonphosphat in Gly-3-P im Cytosol. Das Gly-3-P geht in den Intermembranraum und wird dort vom FAD oxidiert, wodurch ein Mitochondriales FADH2 erhalten wird, welches 1.5 ATP liefert.
ATP-Ausbeute der Oxidation von Glucose zu CO2 und H20
Pro Glucose Molekül
2 ATP (aus Glykolyse) + 2 NADH * 1.5 ATP/NADH (cytosolisches NADH der Glykolyse) + 2 NADH * 2.5 (NADH aus Pyruvatdehydrogenase) + 6 NADH * 2.5 ATP/NADH (mitochondrial aus TCA-Zyklus) + 2 FADH2 * 1.5 (TCA) + 2 GTP = 30 ATP
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Lernkarten
Leistungen der Leber.
- Syntheseleistungen:
- Gluconeogenese
- Ketonkörpersynthese
- Synthese von Cholesterin und den hieraus abgeleiteten Gallensäuren
- Synthese von Bluteiweißen wie Gerinnungsfaktoren und Globulinen (Speicherproteine und Immunglobuline)
- Speicherung von
- Bildung der Galle
- Abbau und Entgiftung, z.B. Abbau von Steroidhormonen oder Ammoniak in Harnstoff umwandeln
- die Regulierung des Vitamin- und Spurenelementstoffwechsels
Funktionen der Niere
Regulation des Wasserhaushalts des Körpers.
Langfristige Regulation des Blutdrucks.
Ausscheidung harnpflichtiger (z. B. Harnsäure, Harnstoff, Kreatinin) und giftiger (z. B. Medikamente) Substanzen.
Regulation des Säure-Basen-Haushalts des Körpers.
Regulation des Gehalts an gelösten Elektrolyten im Blut (Homöostase): Natrium, Kalium, Calcium, Magnesium, Phosphat, Bicarbonat.
Bildung von verschiedenen Hormonen: Renin (Enzym, kurzfristige Blutdruckregulation), Erythropoetin (Stimulation der Blutbildung), Calcitriol (Vitamin D, beteiligt am Calciumstoffwechsel), Kinine und Prostaglandine.
Maßgebliche Beteiligung an Gluconeogenese, neben der Leber.
Homöostase
Regulation des Gehalts an gelösten Elektrolyten im Blut.
Enzymtypen und deren Funktion
Phosphatase
Isomerase/Mutase
Kinase
Dehydratase
Dehydrogenase
Phosphatase - Hydrolyse eines Phosphatesters
Isomerase/Mutase - Isomerisierung, Verschiebung einer Gruppe innerhalb des Moleküls
Kinase - Phosphatübertragung=Phosphorylierung
Dehydratase - Wasserabspaltung
Dehydrogenase - Redoxreaktion (formell H+/H-)
Funktionsweise der Aldolase?
Die Aldolase bei der Glykolyse katalysiert eine Aldolkondensation/spaltung.
Die Ketose wird als Schiffsche Base kovalen and die Seitenkette des Lysins gebunden. Danach wird das Molekül gespalten und man erhält freies Glycerinaldehyd-3-P. Das Dihydroxyaceton-P wird dann noch von der Aldolase abgespalten.
Wie wird NAD+ gewonnen, damit die Glykolyse unter anaeroben Bed. weiterlaufen kann.
Bei Tierzellen: Pyruvat --> Lactat , dabei wird NADH in NAD+ umgewandelt
Hefe: Pyruvat --> Acetaldehyd + CO2 --> Ethanol, im letzten Schritt wird NADH in NAD+ umgewandelt
Welche Schritte der Glykolyse sind unter physiologischen Bedingungen praktisch irreversibel?
Schritt 1 mit Hexokinase, Schritt 3 mit Phosphofructokinase, Schritt 10 mit Pyruvatkinase. Diese 3 Schritte müssen bei der Gluconeogenese umgangen werden.
Alle anderen Schritte sind reversibel.
Wo findet die Glykolyse statt?
Im Cytosol
Regulierung der Glykolyse
Regulation am ersten spezifischen Schritt, nämlich bei dem tetrameren Enzym Phosphofructokinase.
- allosterische Hemmung durch ATP und Citrat (vom TCA-Zyklus)
- allosterische Stimulation durch ADP und AMP
- stimulierung durch second messenger Fructose-2,6-bis-P, welches die Affinität der Phosphofructokinase erhöht und die allosterische Hemmung durch ATP senkt. Ein hoher Blutzuckergehalt oder Adrenalin stimulieren die F-2,6-bis-P Synthese und damit die Glykolyse.
Was versteht man unter dem Pasteur-Effekt?
Bei aeroben Bed. hat es viel ATP und die Glykolyse wird gehemmt.
Was ist eine Schiffsche Base?
Aminogruppe + Carbonylgruppe --> Schiffsche Base (R-N=O<R) + H2O
In welchen Schritten der Glykolyse werden ATP synth.?
Phosphoglyceratkinase und Pyruvatkinase
Wieviele ATP-Äquivalente wird pro äglucose in der Glykolyse produziert?
2 ATP + 2 NADH = 7 ATP
Was entsteht aus dem Kohlenstoffgerüst eines Mols Glucose nach der Verwertung zur ATP-Produktion in Hefe unter aerober Bedingungen.
6 Mol CO2
Lokalisation des TCA-Zyklus bei Prokaryonten und bei Eukaryonten
Prokaryoten - Cytoplasma
Eukaryoten - Mitochondrien
Für was steht FAD?
Flavin-Adenin-Dinukleotid
welches sind die Cofaktoren des Pyruvatdehydrogenase-Komplexes
TPP (Thiaminpyrophosphat), Liponamid, FAD, NAD+, CoA
Wieso ist GTP ein ATP-Äquivalent?
Das Phosphat von GTP kann durch Nucleosidphosphatkinase auf ADP übertragen werden
GTP + ADP --> GDP + ATP
Wieviel ATP-Äquivalente für cytosolisches und mitochondriales NADH? V
mitochondriales NADH, welches vom TCA-Zyklus und vom FS-Abbau stammt liefert 2.5 ATP, da dieses über die Atmungskette ein Protonengradient erzeugt, welcher die ATP-Synthase antreibt.
Cytosolisches NADH (von Glykolyse) liefert nur 1.5 ATP, da dieses NADH über den Glycerin-3-P-Shuttle umgewandelt wird. NADH reduziert Dihydroxyacetonphosphat in Gly-3-P im Cytosol. Das Gly-3-P geht in den Intermembranraum und wird dort vom FAD oxidiert, wodurch ein Mitochondriales FADH2 erhalten wird, welches 1.5 ATP liefert.
ATP-Ausbeute der Oxidation von Glucose zu CO2 und H20
Pro Glucose Molekül
2 ATP (aus Glykolyse) + 2 NADH * 1.5 ATP/NADH (cytosolisches NADH der Glykolyse) + 2 NADH * 2.5 (NADH aus Pyruvatdehydrogenase) + 6 NADH * 2.5 ATP/NADH (mitochondrial aus TCA-Zyklus) + 2 FADH2 * 1.5 (TCA) + 2 GTP = 30 ATP
Welches sind die regulierenden Schritte beim TCA-Zyklus? Wie wird reguliert?
Pyruvatdehydrogenase, Citratsynthase, Isocitratdehydrogenase, a-Ketoglutaratdehydrogenase.
ATP und NADH wirken inhibitorisch
ADP, AMP wie auch FAD und NAD+ wirken aktivierend.
PDH und a-Keto... werden auch hormonell reguliert durch phophorylierung.
Def. Fettsäure. Ungesättigt FS
n-Octadecansäure =
n-Dodecansäure =
langkettige, unverzweigte Carbonsäuren mit gerader Anzahl C-Atome. Ungesättigt = FS enthält DB
n-Octadecansäure = Stearinsäure
n-Dodecansäure = Laurinsäure
Nenne ein physiologische Detergens und seine Wirkung.
Desoxycholsäure. Eine sekundäre Gallensäure, welche in der Leber durch Darmbakterien aus Cholesterin synth. wird und der Fettverdauung dient.
Was ist Galle? Wo ist diese? Was ist ihre Funktion?
Galle ist eine zähe Körperflüssigkeit, die in der Leber produziert wird und in der Gallenblase gespeichert wird. Die Galle wird während der Mahlzeit in den Zwölffingerdarm geleert, um Fette zu emulgieren, um sie für die Lipasen angreifbar zu machen.
wie kann man proteine aufspalten und analysieren?
Detergens SDS denaturiert Proteine (Primärstruktur bleibt erhalten) --> komplexe der entfalteten polypeptidketten mit negativgel. SDS --> 1gelelektrophoretische Auftrennung nach grösse
Aufbau von Phospholipiden
Glycerin mit zwei FS und einer Phosphodiestergruppe
Aufbau von Sphingolipiden. R bei Sphingomyelin
Sphingosin (statt Glycerin mit FS). Phosphocholin bei Sphingomyelin.
Hydrolyse von Fetten und Phospholipiden
Fette und Phospholipide werden durch Lipasen zu Glycerin und Glycerin-3-P (bei Phospholipiden).
Glycerin --> Glycerin-3-P --> Dihydroxyaceton-P (nun in der Glykolyse)
Braucht 1 ATP und prod. ein NADH.
Wo und unter welchen Bedingungen läuft die B-Oxidation ab?
Nur aerob in den Mitochondrien
Katabolismus
Abbau von Stoffwechselprodukten zu einfach Molekülen zum Energiegewinn und zur Entgiftung des Körpers.
Anabolismus
Aufbau von Stoffen in Lebewesen.
Biosynthese von Fetten. Was geschieht weiter bei der Biosynthese von Phospholipiden?
DHAP wird zu Glycerin-3-P unter Verbrauch von NADH umgewandelt. Die freien OH werden durch Acyl-CoA mit FS verestert (phosphatidsäure) . Die Phosphatgruppe wird durch Wasser abgespalten und die freiwerdende OH-Gruppe wird mit einer dritten FS von Acyl-CoA verester.
Bei Phospholipiden muss Phosphatidsäure mit CTP zu CTP-Diacylglycerin aktiviert werden. Danach reagiert es entweder mit Serin oder wird auf ein eiteres Glycerin-3-P übertragen.
Hauptaufgabe von Membranen
- Korpatimentisierung, Trennflächen
- biochemische Maschinen
- biochemische Antennen
Wie dick ist eine Membran und wie dick ist der apolare Teil
5-10 nm dick und der apolare Teil ist ca. 3 nm dick.
um wieviel verlängert eine AS die Länge einer a-Helix? Wieviele apolare AS werden demzufalge in einer Sequenz benötigt, um eine transmembrane a-Helix zu haben?
um 1.5 A. Da der apolare teil 30 A breit ist, braucht es 20 apolar AS hintereinander in der Sequenz.
Was kann man aus einem Hydrophobizitätsplot lesen?
Der schwarze Teil ist die Signalsequenz, welche das Protein zum ER bzw. zur Plasmamembran dirigiert und dann beim Pfeil abgespalten wird. Der gelbe Teil repräsentiert eine Transmembrandomäne. Mehrfach die Membran durchspannende Proteine sind fast immer Bündel von Membranhelices. Eine Ausnahme sind die Porenproteine in der äusseren Membran der Mitochondrien, die ein B-Barrel bilden.
Was ist Substratphosphorylierung und nenne ein Beispiel.
ATP-Synthese durch chemische Reaktionen mit Substratmolekülen an löslichen Enzymen, z.B. bei der Glykolyse.
Nenne die 3 ATP-Synthesewege, welche an Membranen ablaufen und spezifiziere, wo diese auftreten.
- Photophosphorylierung in Halobakterien (einzellige Mikroorganismen in exterm salzhaltiger Umgebung) mit Bacteriorhodopsin
- Oxidative Phosphorylierung
- Photophosphorylierung in Pflanzen und gewissen Bakterien
Ein membranumhülltes Kompartiment braucht in der Membran zwei Enzymsysteme für die ATP-Synthese...
- H+-Pumpe, die Protonen unter Energieverbrauch auf die andere Seite pumpt --> erzeugt H+-Gradient und elektrochem. Potential
- H+-getriebene ATP-Synthase.
Wo findet die Trennung und der Rückfluss von H+ in Prokaryoten, Eukaryoten (Pflanzen und Tiere) statt?
Prokaryoten: in der Zellmembran
Eukaryoten (tiere): innere Mitochondrienmembran (die Protonen werden in den Intermembranraum gepumpt) durch oxidative phosphorylierung
Eukaryoten (pflanzen): in der Thylakoidmembran durch Photophosphorylierung
