Biochemie (Subject) / Müller Esterl Kap 39 Glykolyse (Lesson)

Fragen zu Kapitel 39 Glykolyse aus Müller Esterl

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• Was sind autotrophe und was heterotrophe Lebewesen? Heterotrophe Lebewesen (Tiere und Menschen) sind von der Energiegewinnung aus organischen Verbindung abhängig. Autotrophe Lebewesen (grüne Pflanzen) können Stoffe aus anorganischen Verbindungen aufbauen und gewinnen die Eergie dazu aus dem Sonnenlicht.
• Was ist die Hauptenergiequelle des menschlichen Organismus? Glucose
• Welchen Zweck hat die Glykolyse? Ebnergiegewinn durch Glucoseabbau/Zuckerspaltung.
• Was ist die Energiebilanz/Nettoreaktion der Glykolyse? Die Energiebilanz ist positiv. 1 Molekül Glucose --> 2 Moleküle Pyruvat + 2 ATP + 2 NADH Genauer: Glucose + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ --> 2 Pyruvat + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H2O(Merkhilfe: Glucose --> 2 Pyruvat / 2 ADP + 2Pi --> 2 ATP / 2 NAD+ --> 2 NADH + 2 H+)
• Was passiert unter anaeroben Bedingungen mit der Glucose? Was passiert bei aeroben Bedingungen? Unter anaeroben Bedingungen muss ein Großteil des aus der Glykolyse entstandenen Pyruvats in Lactat umgewandelt werden, um NADH zu reoxidieren. Unter diesen Umständen liefert die Glucose nur wenig ATP. Bei ausreichendem Sauerstoffangebot (=aerobe Bedingungen) schließen sich der Citratzyklus und die oxidative Phosphorylierung an die Glykolyse an. Damit kann die Glucose unter erheblich größeren ATP-Gewinn zu CO2 und H2O "veratmet" werden. 
• Zusatzfrage: Was ist der Embden-Meyerhof-Weg? Ein Synonym für Glykolyse.
• Zusatzfrage: Was ist ein Synonym für die Glykolyse? Embden-Meyerhof-Weg. Zuckerspaltung.
• Wie viele Stationen hat die Glykolyse? 10 Stationen.
• Wo in der Zelle findet die Glykolyse statt? Im Cytosol/Cytoplasma
• Was sind die Hauptquellen der Glucose? Es gibt 3 Hauptquellen für Glucose: Über Nahrung zugeführte Glucose durch de-novo-Synthese bereitgestellte Glucose aus Glykogen freigesetzte Glucose
• Aus wie vielen Phasen besteht die Glykolyse? Was sind Ausgangstoffe/Produkte der einzelnen Phasen? Die Glykolyse besteht aus zwei Phasen.  In der ersten Phase wird die Glucose in 2 Glycerinaldehyd-3-phosphat umgewandelt. Dabei werden 2 ATP verbraucht. In der zweiten Phase wird wird Glycerinaldehyd in Pyruvat umgewandelt. Dabei werden 4 ATP und 2 NADH frei.
• Wann und wo in der Zelle und mit welcher Reaktion beginnt die Glykolyse? Die erste Phase der Glykolyse beginnt, sobald Glucose in freier Form im Cytoplasma/Cytosol vorliegt. Das Enzym Hexokinase phosphoryliert den Zucker an der Hydroxygruppe von C6 unter Verbrauch von 1 ATP. 
• Zusatzfrage: Zählen Sie die Verbindungen/Intermediate sowie die Enzyme der Glykolyse in der richtigen Reihenfolge auf! 1. Phase: Glucose (Hexokinase) Glucose-6-phosphat (Glucosephosphat-Isomerase) Fructose-6-phosphat (Phosphofructokinase) Fructose-1,6-biphosphat (Aldolase) Glycerinaldehyd-3-phosphat + Dihydroxyacetonphosphat  Extra Schritt: Dihydroxyacetonphosphat (Triosephosphat-Isomerase) Endiol-Intermediat (Triosephosphat-Isomerase) Glycerinaldehyd-3-phosphat 2. Phase: Glycerinaldehyd-3-phosphat (Glycerinaldehyd-3-phosphat-Dehydrogenase) 1,3-Bisphosphoglycerat (Phosphoglycerat-Kinase) 3-Phosphoglycerat (Phosphoglycerat-Mutase) 2-Phosphoglycerat (Enolase) Phosphoenolpyruvat (Pyruvat-Kinase) Pyruvat
• Was ist der erste Schritt der Glykolyse? Wo und wann findet er statt? Weshalb ist er wichtig / Was für einen Zweck hat er? Im ersten Schritt der Glykolyse wird die Glucose von der Hexokinase in Glucose-6-phosphat unter Verbrauch von 1 ATP umgewandelt. Dieser Schritt findet im Cytosol/Cytoplasma statt, sobald Glucose im freier Form vorliegt. Durch die Veresterung mit der zweifach negativ geladenen Phosphatgruppe (siehe Abb. 39.3) wird die Glucose in der Zellen "gefangen" und kann aufgrund der hohen Ladungsdichte nicht mehr über die Zellmembran exportiert werden. 
• Wie nennt man das Wirkungsprinzip nach der das Enzym Hexokinase funktioniert? induced fit
• Erklären Sie kurz das Prinzip induced fit! Welches Enzym ist der Prototyp für diese Prizip? Nennen Sie andere Beispiele. Enzyme, die nach dem induced fit Prinzip funtionieren, passen sich ihrem Substrat an. Die Hexokinase ist der Prototyp. (Induced fit bei Hexokinase: enge Umschließung des Substrats im aktiven Zentrum --> daraus resultiert ein Auschluss von Wasser, was einen direkten Phosphatgruppentransfer von ATP auf Glucose begünstigt.) Beispiele für induced fit Enzyme: Taq-Polymerase, Lactat-Dehydrogenase
• Worauf sind die Hexokinase sowie andere Kinasen der Enzyme angewiesen? Auf Mg2+(wird von der Triphosphatgruppe des ATPs komplexiert)
• Zusatzfrage: Im welchen Schritt der Glykolyse erfolgt die Umwandlung von einer Aldose in eine Ketose? Welches Enzym ist dafür zuständig? Das Enzym Glucosephosphat-Isomerase wandelt die Aldose Glucose-6-phosphat in die Ketose Fructose-6-phosphat um. (Die Carbonylgruppe wird von C1 nach C2 verlagert)
• Was für eine Reaktion katalysiert die Phosphofructokinase bei der bei der Glykolyse? Ist die Reaktion exergon oder endergon? PFK wandelt Fructose-6-phosphat in  Fructose-1,6-biphosphat um. Es wird dabei ATP verbraucht. Die Reaktion ist stark exergon. Sie ist der geschwindigkeitsbestimmende Schritt in der Glykolyse.
• Was ist der geschwindigkeitsbestimmende Schritt der Glykolyse? Die Phosphorylierung von Fructose-6-phosphat zu Fructose-1,6-biphosphat, die von der Phosphofructokinase (PFK) katalysiert wird. Bei dieser Reaktion wird ATP verbraucht. 
• Was ist das Schlüsselenzym der Glykolyse? Was für eine Reaktion katalysiert das Schlüsselenzym? Die Phosphofructokinase (PFK) ist das Schlüsselenzym der Glykolyse. Sie katalysiert die Phosphorylierung von Fructose-6-phosphat zu Fructose-1,6-bisphosphat.
• Was passiert in der zweiten Phase der Glykolyse? Erklären Sie kurz! In der 2. Phase wird Glycerinaldehyd-3-phosphat schließlich zu Pyruvat verstoffwechselt. Pro Molekül Glycerinaldehyd-3-phosphat werden brutto 2 ATP und 1 NADH gewonnen. 
• Was ist die Substratkettenphosphorylierung? Nennen Sie 2 Beispiele. Als Substratkettenphosphorylierung wird eine Art der ATP-Gewinnung (und auch GTP-Gewinnung). Bei der Substratkettenphosphorylierung wird das ATP nicht über einen Protonengradienten gewonnen, sondern im Zuge einer Stoffwechselkette, bei der der Phosphatrest eines phosphoryliertes Intermediats auf ADP bzw. GDP übertragen wird. Bei diesem Vorgang muss das Zwischenprodukt/Intermediat ein höheres Gruppenübertragungspotential besitzen als ATP. Beispiel dafür sind die ATP Erzeugung bei der Glykolyse (Pyruvat-Kinase: Phosphoenolpyruvat + ADP --> Pyruvat + ATP) und die GTP-Erzeugung beim Citratzyklus (beim Schritt, wo die Succinyl-CoA in Succinat umgewandelt wird)
• Welche Kontrollmechanismen der Glykolyse gibt es? Was ist der wichtigste Kontrollpunkt der Glykolyse? Typische Ansatzpunkte für die Regulation ganzer Stoffwechselwege sind Enzyme, die praktisch irreversible Reaktionen katalysieren. Bei der Glykolyse ist die Phosphofructokinase das Schlüsselenzym und somit wichtigster Ansatzpunkt zur Kontrolle der Glykolyse. ATP ist ein allosterischer Inhibitor der PFK und AMP/ADP sind allosterische Aktivatoren. Die Glykolyse wird also u.a. von der Energieladung der Zelle kontrolliert. Ist die Energieladung hoch (=viel ATP vorhanden, wenig AMP/ADP), dann wird die PFK inhibiert und die Glykolyse somit herunter reguliert. Ist die Energieladung gering (=viel AMP/ADP, wenig ATP), wird die PFK aktiviert und die Glykolyse hoch reguliert.  Auch Citrat kontrolliert die Aktivität der PFK: viel Citrat hemmt die PFK, es wird weniger Pyruvat gebildet. Die Glykolyse kann indirekt auch über die Hexokinase kontrolliert werden. Die Hexokinase wird über ihr eigenes Produkt Glucose-6-phosphat gehemmt. Man spricht von einer Produkthemmung. Normalerweise wird G-6-P schnell weiter verstoffwechselt. Ist allerdings die PFK blockiert, kommt es zu einem Rückstau und somit zu einer Hemmung der Hexokinase.  Die Glykolyse kann auch über die Pyruvat-Kinase kontrolliert werden. Fructosen-1,6-bisphosphat ist eine allosterischer Aktivator. ATP, Acetyl-CoA und Alanin sind allosterische Inhibitoren.
• Was ist ein Isoenzym? Beispiel? Ein Isoenzyme katalysieren dieselbe biochemische Reaktion, werden aber von verschiedenen Genen codiert und unterscheiden sich daher auch in der Primärstruktur und Regulierbarkeit.  Beispiel: Hexokinase und Glucokinase.

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