Biochemie 2

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

2-Phosphoglycerat wird zu Phosphoenolpyruvat umgewandelt, wobei ein Wasser abgespalten wird (Hydrolyse)

Phosphoenolpyruvat wird zu Pyruvat umgewandelt, wobei aus 1 ADP 1 ATP wird

--> Reaktion irreversibel

--> Pyruvat wird weiterverarbeitet und kann daher in der Zelle nicht akkumulieren

• Glykolyse ist insgesamt so negativ, dass sie irreversibel ist, das GG liegt vollständig auf der Seite der Produkte
• alle bis auf 3 Reaktionen sind reversibel, d.h. diese müssen bei der Gluconeogenese anders sein

• kein  Transport von phosphorylierten Zuckern in der Plasmamembran --> diese bleiben in der Zelle trotz der hohen intrazellulären Konzentration
• Phosphorylgruppen sind daher essentiell für die Aufbewahrung von metabolischer Energie in Form von ATP

• Glukoseeinheiten, verbunden über glykosidische Bindungen
• Stärke in Pflanzen, Glykogen in Tieren
• Stärke besteht aus Amylopectin (verzweigt) und Amylose (linear oder helical)
• Glykogen hat ähnliche Struktur wie Amylopectin, ist aber stärker verzweigt und kompakter als Stärke

• Unterschied zwischen frisch aufgenommenem Glykogen und gespeichertem Glykogen:
• aufgenommenes Glykogen wird zunächst zu Glukose hydrolysiert, das in die Zellen aufgenommen werden kann
• danach wird die Glukose über Hexokinase mit Hilfe von ATP phosphoryliert um wieder Glucose-6-Phosphat zu bekommen
• intrazelluläres Glykogen kann in der Zelle direkt über Glykogenphosphorylase zu Glukose-1-Phosphat umgewandelt und dann mit Hilfe der Phosphoglucomutase zu Glukose-6-Phosphat umgebaut --> hier wird kein ATP gebraucht
• die unterschiedlichen Wege sind notwendig, weil phosphorylierte Glukose nicht in die Zellen transportiert werden kann.

Aufbrechen der glykosidischen Bindung mit Hilfe von H2O

Intrazelluläres Glykogen kann direkt phosphoryliert werden --> Aufbrechen der glykosidischen Bindung

Glukose-6-Phosphat wird im Cytosol gebildet und dann ins ER-Lumen transportiert. Die Glukose-6-Phosphatase hydrolysiert das G6P zu einem P_i und Glukose. Diese werden von 2 unterschiedlichen Transportern (T2 und T3) aus dem Lumen ins Cytosol transportiert. Die Glukose wird über einen Transporter GLUT2 aus dem Cytosol der Hepatocyte transportiert.

• Glykogen und Stärke --> G1P
• D-Galactose ---> G1P
• Lactose, Trehalose und Saccharose --> D-Glucose --> G6P
• Saccharose --> D-Fructose und D-Mannose --> Fructose-6-Phosphat und Fructose-1-Phosphat

3 Schritte:

1. Glukose + ATP ---> G6P + ADP mit Hilfe von Hexokinase
2. G6P ---> G1P mit Hilfe von Phosphoglucomutase (reversible Reaktion)
3. G1P + UTP ---> UDP-Glukose + PP_i mit Hilfe von UDP-Glukosepyrophosphorylase

• Zuckernukleotid ist z.B. UDP-Glukose
• Formation ist irreversibel
• Nukleotide haben viele funktionelle Gruppen um mit Enyzmen interagieren zu können
• Nukleotidgruppen sind gute Abgangsgruppen
• Möglichkeit der Kompartimentierung, also dass Hexosen für bestimmte Zwecke markiert werden können

• sehr exergone Reaktion delta G'0 = -19.2 kJ/mol, daher irreversibel

Die Glykogensynthase spaltet von den Zuckernukleotiden das UDP ab und bildet die alpha-1,4-glykosidischen Bindungen

--> bildet die Verzweigungen des Glykogens

Glykogen ist stärker verzweigt als Stärke --> teuer für die Zelle, da gebrancht und wieder debrancht werden muss --> nötig weil so viele Glukosemoleküle schnell mobilisiert werden können --> kann schnell gespeichert und schnell wieder freigesetzt werden

Glykogenin bildet den Grundbaustein (Matrize)--> daran können neue Ketten angehängt werden und gleichzeitig dient es als Enzym und katalysiert das Anhängen

1 mol Glukose ergibt 2 mol Pyruvat

Anaerob:

• Fermentation in Hefen: 1 Pyruvat ergibt 1 Ethanol + 1 CO2
• Fermentation bei Tieren: 1 Pyruvat ergibt 1 Lactat --> passiert in sich stark kontrahierenden Muskeln, in Erys...

Aerob:

• 1 Pyruvat ergibt 1 Acetyl-CoA, das in den ZSZ eingeht und dort zu 2 CO2 und 2 H2O abgebaut wird

• Im Unterschied zur Respiration-gebundenen Phosphorylierung
• Die Phosphorylierung durch die ATP hergestellt wird
• Eine Phosphorylgruppe wird von einem Substrat, wie z.B. 1,3-Bisphosphoglycerat, auf ADP übertragen

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