11 MZB I - Schuler

Die Blutgruppenantigene A,B und 0 sind kleine O-glykosidisch verknüpfte Oligosaccharide. Der Organismus bildet nur diejenigen Antikörper, die nicht gegen körpereigene Antigene gerichtet sind (Blutgruppe 0 hat also Antikörper A und B, Blutgruppe A hat Antikörper B, Blutgruppe B hat Antikörper A)

Proteglykane kommen vorwiegend in der Extrazellulären Matrix (EZM), im Knorpelgewebe und in Schleim vor. Der Kohlenhydratanteil ist prägend für die Funktion der Proteoglykane; er besteht meist aus Glykosamioglykanen (GAG, auch saure Mucopolysaccharide aufgrund der sauren Seitengruppen)(Multimere aus Disaccharidbausteinen).

GAG und Protein sind bei Proteoglykanen kovalent oder nicht-kovalent verbunden. Proteoglykane können Molekülmassen von vielen Millionen erreichen. Proteoglykane können viel Wasser binden (Knorpel wird durch an Proteglykane gebundene Extrazellularflüssigkeit versorgt). Proteoglykane sind Bestandteile des Glykokalyx (Zellmantel von tierischen Zellen)(auf der Aussenseite der Zellmembran, aus kovalenten verankerten und sekretierten Glykanen).

GAG werden durch Glykosidasen abgebaut (spielt eine wichtige Rolle beim Auf- und Abbau von Bindegewebe).

Glykolipide (polare Lipide, enthalten und der polaren Kopfgruppe Zucker) sind Bestandteile der Doppellipidschicht. Peptidoglykane (bestehen aus kurzen, kovalent verknüpften Polysacchariden) sind Bestandteile von Bakterienzellwänden.

Murein (ein Peptidoglykan) kommt in den Zellwänden von fast allen Prokaryoten vor. Lysozym (kommt u.a. im Nasensekret und in der Tränenflüssigkeit vor) spaltet das Murein in Disaccharide mit angehängten Peptiden, wodurch es Die Zellwand Zerstört und die Bakterie tötet. Penicillin hemmt die Mureinsynthese und blockiert somit das Wachstum von Bakterien.

Änderung der freien Enthalpie ∆G – Die wichtigste Zustandsfunktion der Zellbiologie

Zur freien Enthalpieänderung ∆G gilt:
• Bei spontanen Reaktionen ist ∆G negativ (exergon)
• Um eine Reaktion mit positivem ∆G spontan ablaufen zu lassen, muss sie mit einer stark exergonen Reaktion gekoppelt sein
• Im Gleichgewicht ist ∆G gleich 0
• Der Betrag von ∆G sagt nichts über die Reaktionsgeschwindigkeit aus
• ∆G ist eine Zustandsfunktion; also unabhängig von Reaktionsweg und -mechanismus

∆G ist das thermodynamische Potential einer Reaktion bei konstanter Temperatur und konstantem Druck.

1. Hauptsatz = Energieerhaltungssatz (Energie und Materie sind in einem geschlossenen System konstant).

2. Hauptsatz = Ein isoliertes System strebt nach maximaler Entropie (Ein spontaner Prozess läuft in diejenige Richtung, in der die Unordnung im System erhöht wird)(Beispiel Proteinfaltung: Aufgrund des hydrophoben Effekts nimmt bei der Proteinfaltung die Unordnung zu).

∆G ist von den Anfangs- und Endbedingungen einer Reaktion abhängig. Sind die Konzentrationen aller Edukte und Produkte 1 molar (somit ist der pH=0) und T = 25°C, dann bezeichnet man die zugehörige Grösse als ∆G^0
-> ∆G° ist die Änderung der freien Enthalpie, wenn vor der Gleichgewichtseinstellung (zu Beginn der Reaktion) die Anfangskonzentrationen [A] = [B] = [C] = [D] = 1 mol/L 

\(∆G = ∆G^0+ R T ln({ {[C] [D]} \over {[ A ][B]} }) \)

Den Term in Klammern nennt man auch Massenwirkungsbruch.

K ist die thermodynamische Gleichgewichtskonstante.

\(∆G^0 = - R T ln({ {[C]_{GG}[D]_{GG}} \over {[ A ]_{GG}[B]_{GG}} })= - R T ln( K )\)

Eine Veränderung der Gleichgewichtslage (Produkte/Edukte) um einen Faktor 10 in die eine oder die andere Richtung entspricht einer Änderung von ∆G um |5.7| kJ mol-1 resp. |1.36| kcal mol-1

Für die Biochemie sind spezielle Standardbedingungen Festgelegt: 1-molare Konzentrationen der Substrate und Produkte, 25 °C, pH 7, wässrige Lösung. (Nimmt Wasser, OH- oder H+ an einer Reaktion Teil, wird deren Konzentration auf 1 normiert). Die Biochemischen Grössen werden mit einem ' gekennzeichnet, z.B. ∆G0', K'

Zusammenhang zwischen freier Enthalpie ∆G und Redoxpotential ∆E: Nernstgleichung

Redoxptentialdifferenz unter biochemischen Standardbedingungen

∆E0' = E0' der Halbreaktion mit dem höheren Potential minus E0' der Halbreaktion mit dem niedrigeren Potential

Eine Redoxreaktion läuft spontan in diejenige Richtung, für die ∆E0' positiv ist.

ATP wird intrazellulär gebildet und verbraucht, es kann weder gespeichert noch via Blutbahn im Organismus transportiert werden.

Adenosintriphosphat (ATP) enthält zwei energiereiche Bindungen, nämlich die Anhydridbindung zwischen dem γ-Phosphat und dem β-Phosphat und diejenige zwischen dem βPhosphat und dem α-Phosphat. Die Esterbindung zwischen dem α-Phosphat und der 5'-OH-Gruppe der Ribose ist nicht energiereich.

ATP+NDP⇌ ADP+NTP 

Die Gleichgewichtskonstante der Reaktion ist etwa 1 (∆G°' nahe bei Null), weil netto keine energiereiche Bindung hydrolysiert wird und weil die Nukleosidphosphate alle sehr ähnliche Strukturen haben.

Auch ATP, ADP und AMP stehen miteinander über eine enzymkatalysierte Reaktion im Gleichgewicht. Das Enzym heisst Adenylatkinase (Trivialname Myokinase) und kommt in Muskelzellen vor.

2 ADP <-> ATP + AMP

Das Phosphorylgruppen-Übertragungspotential gibt an, wie gross die freie Energie ∆G°' bei Abgabe einer Phosphatgruppe ist. Verbindungen mit eine höheren Potential können Verbindungen mit einem niederiegeren Potential spontan phosphorylieren.

In einem Fliessgleichgewicht ist der Fluss von Energie und Materie konstant. Die Richtung eines Fliessgleichgewichts lässt sich am Vorzeichen von ∆G erkennen.

Jedes Gewebe besitzt ein spezifisches Enzymmuster. Wird ein Gewebe beschädigt, treten die für dieses Gewebe spezifischen Enzyme in Blut aus und geben somit einen Hinweis auf die Art des geschädigten Gewebes oder Organs.

Bei einem Herzinfarkt wird Herzmuskelgewebe beschädigt und Kreatinkinase (ein Muskelenzym) tritt ins Blut aus. Der zeitliche Verlauf der Aktivität der Kreatinkinase im Blutplasma ist ein Abbild des Krankheitsverlaufes. Die Höhe des Enzsmanstiegs korreliert mit dem Ausmass der Schädigung.

Bei Akuter Hepatitis (Leberentzündung, Gelbsucht) tritt aufgrund der Schädigung von Lebergewebe Glutamat-Oxalacetat-Transaminase (GOT) ins Blut aus. Hier ist analog die Aktivität von GOT im Blutplasma typisch für den Krankheitsverlauf. Bilirubin ist ein Häm-Abbauprodukt, welches die Haut gelb färbt 

Oxidation – Reduktion

Gruppenübertragung

Hydrolysereaktion (Reaktion mit Wasser)

Hinzufügen oder entferneno von Gruppen zur Bildung von Doppelbindungen

Isomerisierung (Intramolekulare Gruppenübertragung)

Ligation zweier Substrate mit ATPHydrolyse

Unter Ligation versteht man in der Molekularbiologie die enzymkatalysierte Verknüpfung zweier Moleküle durch eine kovalente Bindung

Isoenzyme (Isozyme) sind Enzyme unterschiedlicher Primärstruktur die in der gleichen Spezies die gleiche Reaktion katalysieren. Mittels Isozymen kann eine Reaktion in unterschiedlichen Geweben/Zellen separat und gezielt reguliert werden. Es Gibt drei Möglichkeiten für die Entstehung von Isoenzymen:

• Genetische Varianten verwandter Enzyme, welche von einem gemeinsamen Vorfahren ausgehen.
• Oligomere Enzyme aus verschiedenen Untereinheiten; Die Isoenzyme bestehen aus unterschiedlicher Anzahl von denselben Untereinheiten (Bsp.: LDH kann aus M4 M2 , MH3, H4 bestehen.
H2
• Genetisch voneinander Unabhängige Enzyme (haben sehr unterschiedliche AS-Sequenzen

Die Sequenz der M- und H-Form der Lactatdehydrogenase sind zu 75 % identisch. Das H4
-Isoenzym besitzt eine grösser Affinität für das Substrat als das M4-Isoenzym, welches
optimal unter anaeroben Bedingungen arbeitet. Wie die LDH-Isoenzyme sich den Bedürfnissen der Zelle anpassen, wurde bei der Ratte untersucht. Das Verhältnis der beiden Isoenzyme ändert sich während der Entwicklung, wenn sich die Umgebung von anaerob zu aerob ändert

Cofaktoren sind Nichtprotein-Bestandteile von Enzymen. Enzyme mit Cofaktoren nennt man Holoenzyme, Enzyme denen der Cofaktor fehlt Apoenzyme (Apoenzym + Cofaktor = Holoenzym).

1. Metallionen

2. Coenzyme (kleine organische Moleküle)

Zudem Unterscheidet man zwischen sehr fest an das Enzym gebundene Cofaktoren (prosthetische Gruppen) und Cofaktoren die bei jedem Enzymatischen Umgang ersetzt werden (Cosubstrate; typisches Beispiel: NAD+
/NADH). Vitamine sind Vorläufer vieler Coenzyme.

Für Enzyme (und Katalysator allgemein) gilt:

• Enzyme erniedrigen die freie Aktivierungsenthalpie ΔG^≠ und beschleunigen die Einstellung des Gleichgewichtes

• Enzyme haben keinen Einfluss auf die freie Enthalpie ΔG oder die Gleichgegewichtslage

Zusammenhang zwischen k und ΔG^≠\(k = A exp ({ {-Δ G^≠} \over {RT}} )\)

A ist die maximal mögliche Geschwindigkeitskonstante

Aus der Gleichung ist ersichtlich, das k mit Erniedrigung von ΔG≠ oder Erhöhung von T zunimmt.

Aus der Lienarisierung der Gleichung 

\(k = A exp ({ {-Δ G^≠} \over {RT}} )\)
(Zusammenhang zwischen k und ΔG≠)

Folgrt die Arrhenius Gliechung

\(ln( k )= ln( A )- {{∆H^≠} \over {RT}} + {{∆S^≠} \over {R}}\)

Aus der Arrhenius-Gleichung  ist ersichtlich, dass ln(k) eine lineare Funktion von 1/T ist

Um vergleichbare Werte zu erhalten gelten folgende Standardbedingungen:

• Überschuss der Reaktionspartner über dem Enzym

• T konstant (25° C)

• optimaler pH

• günstiger Puffer

Die Enzymaktivität wird in units U (1U = 1 µmol Substrat/min) angegeben. Die spezifische Enzymaktivität ist die auf die Proteinmenge normierte Geschwindigkeit (U/mg Protein), die Molekulare Enzymaktivität ist die auf die Enzymkonzentration normierte Geschwindigkeit (µmol Substrat/(µmol Enzym×min) = 1/min).

NADH hat ein Absorptionsmaximum bei 340 nm, das bei NAD⁺ fehlt. Ist NAD an einer Reaktion beteiligt, so nimmt A₃₄₀ entweder zu (Reduktion) oder ab (Oxidation)