Biochemie (Subject) / Stoffwechsel der Kohlenhydrat 2 (Lesson)

vorlesung 7,8, teils 9

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• Pyruvat Abbau : Was passiert nun mit Pyruvat? (Reaktion & *Hint* Komplex) Ziel = Pyruvat → Acetyl-CoA für Citrat-Zyklus i) Oxidative Decarboxylierung von Pyruvat                              Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex Pyruvat + NAD+ + Coenzym A ———————→ Acetyl-CoA + CO2 + NADH + H+ ii) Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex Pyruvat-Dehydrogenenase (E1)  Dihydrolipoyl-Transacetylase (E2)  Dihyrolipoly-Dehydrogenase (E3)
• Wofür wird Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex gebraucht? Geben Sie die Enzyme der P-D-HKomplex mit ihrer zugehörigen prostetischen Gruppen und Zeichnen Sie Ihre jeweilige katalysierte Reaktionen. VL7 pg i) oxidative Decarboxylierung von Pyruvat zu Acetyl-CoA ii) Pyruvat-Dehydrogenenase (E1) = TTP (Thiminpyrophosphat)    Dihyrolipoyl-Transacetylase (E2) = Liponamid    Dihyrolipoly-Dehydrogenase (E3) = FAD (Flavinadenin-Dinukeotid) iii) E1 ⇒ katalysiert die Decarboxylierung der Pyruvat nach dessen Binden an TTP      E2 ⇒ entstehende Hydroxyethyl-Gruppe wird auf Liponamid übertragen & zur Acteylgruppe oxidiert & dann auf Coenzym A übertragen      E3 ⇒ Regeneration der Oxidierten Form des Liponamid
• Der Citratzyklus: i) Findet in den ______ statt. ii) Liefert ____ für die biologische Endoxidation iii) Dient dem oxidativen Endbbau von ______, _______, & ______. iv) Beim Abbau von Acetyl-CoA wird Energie in Form von ____ gewonnen, darüber hinaus auch _____. v) Dient dem anabole Stoffwechsel → wichtig für _____-cylus & _______ & Synthese ...... . i) Findet in den Mitochondrien statt. ii) Liefert Wasserstoff für die biologische Endoxidation iii) Dient dem oxidativen Endbbau von Kohlenhydrat, Aminosäuren & Fettsauren. iv) Beim Abbau von Acetyl-CoA wird Energie in Form von GTP gewonnen, darüber hinaus auch Reduktionsmittel (NADH & FADH2). v) Dient dem anabole Stoffwechsel → wichtig für Harnstoff-cylus & Gluconeogenese.→ Synthese von AS, Puring, Pyrimidin, Porphyrin (Häm)
• Zeichnen & beschreiben Sie der erste Schritt des Citratzyklus. ii) Citrat Bildung (C6) aus Acetyl-CoA (C2) & Oxalacetat (C4) i)    (4)                  (2)      Citratsynthase                                        (6)Oxalacetat + Acetyl-CoA —————→ Citryl-CoA —————→ Citrat                                                                                 H2O → CoA 1.Oxalacetat wird an die Citratsynthase gebunden ⇒Konformationsänderung von „offen“  „geschlossen“2. dadurch wird die Acetyl-CoA-Bindungsstelle gebildet3.Acetyl-CoA wird gebunden4.Citryl-CoA entsteht⇒ wird zu Citrat und CoA hydrolysiert
• Zeichnen Sie den zweiten Schritt der Citratzyklus Citrat (C6) → Isocitrat (C6) eigentlich dieselbe Strukturformel aber nur der OH & H wurden umgetauscht, von 2. und 3. C-Atom                          AconitaseCitrat ←——→ cis-Aconitat ←——→ Isocitrat           → H2O                       H2O →
• Zeichnen Sie den dritten Schritte des Citratzyklusses. i) Isocitrat (C6) → α-Ketoglutarat (C5)    (6)                 Isocitrat Dehydrogenase                   (5)Isocitrat ————→ Oxalsuccinat ————→ α-Ketoglutarat      NAD+ → NADH + H+                        H+ → CO2 *Remember when you remove a C = its usually comes out as CO2
• Zeichnen Sie den vierten Schritt des Citratzyklusses. (C5 → C4) 4. α-Ketoglutarat (C5) → Succinyl-CoA (4)                   α-Ketoglutarat-Dehydrogenaseα-Ketoglutarat ——————————→ Succinyl-CoA        NAD+ + CoA         —→            CO2 + NADH - MechanismuswiePyruvat-Dehydrogenase (Pyruvat → Acetyl-CoA) TTP, Liponomad, CoA, FAD, NAD+ benötigt.
• Ziechnen Sie den fünften Schritt des Citratzyklus Wieso GTP können enstehen? i) Succinnyl-CoA (C4) → Succinat (C4)                 Succinyl-CoA-SynthetaseSuccinyl-CoA ————————→ Succinat + HS-CoA                       Pi + GDP → GTP - die Thioesterbindung (CoA-S-R) gespeicherte Energie ⇒ wird für die Bildung einer energiereichen Phosphorsäurenanhydridbindung im GTP.
• Zusammenhang zw. GTP und ATP GTP & ATP = Äquivalent, ohne Energieaufwendig ineinander umwandelbar.             Nuckleosid-Diphosphat-KinaseGTP + ADP ←————————→ ATP + GDP
• Zeichnen Sie den 6. Schritt des Citratzyklus. 6. Succinat (C4) → Fumarat (C4)          Succinat-DehdrogenaseSuccinat ——————→ Fumarat (trans)               FAD → FADH2
• Ziechnen Sie den 7. Schritt des Citratzyklusses. VL 7 pg. 15 7. Fumarat (C4) → Malat (C4)               FumaraseFumarat ————→ Malat                  H2O→
• Zeichnen Sie den 8. Schritt des Citratzyklusses. 8. Malat → Oxalacetat        Malat-Dehydrogenase Malat —————→ Oxalacetat      NAD+ → NADH + H+
• Nettoreaktion des Citratzyklus Acetyl-CoA + GDP + Pi + 3 NAD+ + FAD + 2 H2O → Citrat + 2 CO2 + 3 NADH + FADH2 + GTP + 2 H+ + HS-CoA
• Was verlangsamt/ beschleunigt den Citratzyklus? Kontrolle des CZ i) verlangsam • Ausreichende Energieversorgung = Hohe ATP- und NADH-Konz • Anreichung Acetyl-CoA & Succinyl-CoA ⇒ sie werden nicht verbraucht ii) Beschleunigen: • Niedriger Energiespiegel = Hohe ADP-Konz
• Welche Zwischenprodukten des CZ dient für Biosynthesen? & wofür? 1. Citrat = Fettsäuren, Steroide2. α-Ketoglutarat = Glutamat → andere AS → Purin3. Succinyl-CoA = Porphyrine, Häm, Chlorophyll4. Oxalacetat = Aspartat → and. AS, Purine, Pyrimidine. (auch für Gluconeogenese)
• Was versteht man unter Oxidative Phosphorylierung? Dient zur Energiegewinnung in Form von ATP
• Prinzip der oxidativen Phosphorylierung i) Koppelt die ______ von KH als Brennstoff (Substrate) über einen _____ an die Synthese von ___. ii) Biologische Oxidation verläuft als ______ der Substrate. iii) Der dabei freigesetzte _____ (Seine ___) werden auf eine Reihe Enzymsysteme übertragen. Dabei entsteht ein _____. iv) Atmungs-_____ nimmt Elektron des ______ auf, dabei erfolgt • eine Bildung von _____ & • Gewinn von _____. i) Koppelt die Oxidation von KH als Brennstoff (Substrate) über einen Protonengradient mit die Synthese von ATP. ii) Biologische Oxidation verläuft als Dehydrierung der Substrate. iii) Der dabei freigesetzte Wasserstoff (seine Elektronen) werden auf eine Reihe Enzymsysteme übertragen. Dabei entsteht ein Protonengradient. iv) Atmungs-Sauerstoff nimmt Elektron des Wasserstoffs auf, dabei erfolgt • eine Bildung von Wasser & • Gewinn von Energie, ATP.
• Wo läuft die oxidative Phosphorylierung ab? Nennen Sie die beteiligten subzellulären Kompartimente, ihre Funktionen, enthaltende Enzyme? Mitochondrien: i) Matrix = Pyruvat-Dehydrogenase, β-Oxidation Citrat-Cyclus DNA- & Proteinsynthese ii) Innermembran (Cristae) = 75% Proteine Proteine der Atmungskette ATP-Synthase Transportproteine iii) Intermembranraum Phosphorylierung andereNukleotidals ATP
• Verfahren der oxidativen Phosphoylierung. 1. Elektronen von NADH & FADH2 (von CZ) werden über Proteinkomplexe (inneren mito-Membran) auf O2 (Atmungskette) übertragen. 2. Dabei wird Energie frei, die zum Pumpen von H+-Ionen aus Matrix genutzt wird. 3. Der H+-Gradient wiederum stellt einen Energiespeicher dar, der die ATP-Bildung antreibt
• Wie viel ATP werden aus NADH und FADH2 gewonnen? aus NADH = 2.5 ATP aus FADH2 = 1.5 ATP
• Was ist verantwortlich für die Koppelung des Elektronentrasports der Atmungskette mit der ATP-Synthese bei der oxidativen Phosphorylierung ? 1. Protonenmotorische Kraft des H+- Gradienten
• Was sind die 2 wichtige Folgen der Protonenbewegung auf der Proteinkomplexe in der Mitonchondrien bei der oxidativen Phosphorylierung? 1. pH-Gradient = H+ Konz in Mitochondrien niedriger als in der übrigen Zelle 2. Spannungs-Gradient (Menbran-Potential) = Innenseite - , Außenseite + (Intermembran-cytolsol)
• Bestandteile bzw Aufbau des Proteinkomplexes (oxidativen Phosphorylierung) 1. NADH-Dehydrogenase-Komplexe 2. Ubichinon 3. Cytochrom-c-Reduktase-Komplex 4. Cytochrom c 5. Cyrochrom-Oxidase-Komplex
• Was versteht man unter Thermogenin? Thermogenin = Entkopplungsprotein (UCP) Ein Ionenkanal-Protein in Mitochondrien von Braunem Fettgewebe Entkoppler der Oxidativen Phosphorylierung ⇒ H+ fließen durch UCP 1 statt durch ATP-Synthase ⇒ Erzeugt Wärme statt ATP
• Energiegewinn aus Glukose: i) Glykolyse ii) Pyruvatdehydrogenase iii) Citratzyklus i) Glykolyse 1. Stuffe= -2 ATP, 2. Stuffe x2 = 4ATP + 2 NADH  ⇒ 2 ATP + 2 NADH (2.5 ATP) ⇒ 7 ATP ii) Pyruvatdehydrogenase (x2) 2 NADH (2.5 ATP) ⇒ 5 ATP iii) Citratzyklus (x2) 20 ATP  ⇒ ∑ = 32 ATP gegenüber 2 ATP anaerob
• Was ist die physiologische Bedeutung des Pentosephosphatwegs? Pentosephosphatwegs: 1. Gewinnung von NADPH + H+ = für reduktiv verlaufender Stoffwechsel Cytoplasmaisches Fettsäure-Synthese Cholesterinbiosynthese Zahlreiche Hydroxylase-Reaktion = Einbringung einer Hydroxygruppe in ein Molekül 2. Bildung von Ribose-5-Phosphat = Synthese von Nukleinsäuren & Nukleotiden ( z.B ATP NAD+ in Tieren, Pflanzen, & Mikro.) Synthese essentieller AS (Histidin, Tryptophan, Phenylalanin bei Mikro & Pflanzen) Assimilation von CO2 in grünen Pflanzen
• Wie wird NADPH gewonnen? NADPH = Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid-Phosphat  Extra Phosphatgrupe (PO3-) on NAD+ im  Pentosephosphatweg
• Volles Pentosephosphatweg-Verfahren: 2 Teile = Oxidativer Teil Nicht-oxidativer Teile 1. Oxidativer Teil = Geschwindigkeitsbestimmend = NADP+-Spiegel - Regulator i)     Glc-6-Dehdrogenase                        Lactonase             Gluconat-6-P-DehydrogenaseGlc-6-P ←—→ 6-Phosphogucono-δ-lacton ←—→ Gluconat-6-P ←——→Ribulose-5-P +CO2 NADP+→NADPH + H+                              H2O→H+                 NADP+→NADPH ii)               Phosphopentose-Isomerase     Ribulose-5-P —–isomerisiert–→ Ribose-5-P 2. Nicht oxidativer Teil = 2 Enzyme Transketolase TTP als pro.grupp = übertragung auf Aldose  Transadolase = übertragung aud Aldose  3 Ribose-5-P ←—→ 2 Frc-6-P + Glycerinaldehyd-3-Phosphat (GAP)
• Wozu führt einer Mangel an Glc-6-P-Dehydrogenase? Begründung 1. führt zu Störungen des Redoxhaushaltes, da Gluthathion nicht mehr ausrechend reduziert wird: ⇒ Gluthathion ist für die Zerstörung von giftigen Peroxiden benötigt. Glutathion Peroxidase2 GSH + RO-OH ←—→ GSSG + H2O + ROH Glutathion ReduktaseGSSH + NADPH + H+ ←——→ GSH + NADP+ GSH = γ-Glutamylcysteinyglycin (reduziertes Glutathion)GSSG = oxidiertes Glutathion
• Verwertung von Glucose-6-Phosphat hängt von... Bedarf an NADPH, Ribose-5-Phosphat, ATP
• Wofür wird Glucuronsäure benötigt? Woraus wird es gewonnen?? 1. Entgiftung: i) Gift- und Arzneistoffe (Exogenestoffe) ii) Steroidhormone (Endogenestoffe)           z.B Östrogen werden wasserlöslich gemacht durch Verbindung mit Glucuronsäure ⇒ ⇒diese Konjugate leichter ausgeschieden werden. 2. Bestandteil von Glykosaminoglykanen in Proteoglykanen (Knorpel) 3. Ausgangspunkt für die Biosynthese von Ascorbinsäure (Vit C). 4. Glucuronsäure wird aus UDP-aktiverter Glucose gewonnen
• Was versteht man unter UDP-Glucose? Baustein der Glykogensynthese und spielt somit eine Rolle im Glucosestoffwechsel.

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