Biochemie (Fach) / Biochemie der Ernährung (Lektion)

Skriptfragen zur Klausur; Stoffwechselvorgänge im Körper auf chemischer Ebene

Diese Lektion wurde von Minarr erstellt.

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• Wozu benötigen Zellen Energie? 1. Verrichtung von Muskelarbeit 2. Aktiver Transport 3. Biosynthese
• Was ist ATP und woraus besteht es? ATP = Adenosintriphosphat Nukleotid: Besteht aus Base Adenin, Ribose und 3 Phosphatgruppen Träger der freien Energie, Cofaktor bei Enzymen
• ATP/ADT-Reaktion: ATP + H20 --> ADP + Pi Reaktion ist wesentlicher Mechanismus für den Energieaustausch in biologischen Systemen
• Regeneration von ATP ATP --> ADP (Transport, Muskelarbeit, Biosynthesen) ADP --> ATP (Oxidation von Brennstoffmolekülen/ Nährstoffen)
• Wie viel ATP verbraucht ein ruhender Mensch? 40 kg ATP / Tag
• Was ist eine Schrittmacherreaktion? Erste irreversible Reaktion im Stoffwechsel. Enzyme, die diese Reaktionen katalysieren, sind das wichtigste Kontrollelement.
• Nukleotide neben ATP? UTP = Uridin - triphosphat GTP = Guaosin - triphosphat CTP = Cytidin - triphosphat --> spielen eine eher untergeordnete Rolle
• Beschreiben Sie NAD+! NAD = Nicotinamid - adenosin - dinukleotid Wichtiger Elektronenakzeptor im Stoffwechsel Cofaktor für Enzyme Stammt vom Vitamin Nicotinsäure
• Reaktion von NAD+ (allgemein) NAD+ + H+ + 2e-  --->  NADH (reduzierte Form)
• Beispielreaktion von NAD+ NAD+ + Alkohol --> NADH + Keton
• Beschreiben Sie FAD! FAD = Flavin - adenin - dinukleotid Cofaktor Elektronenakzeptor Leitet sich von Vitamin B2 ab (Riboflavin)
• Allgemeine Reaktion von FAD FAD + 2 H+ + 2e-  ---> FADH2 (reduziert)
• Beispielreaktion von FAD FAD + Alkan  ---> FADH2 + Alken
• Funktionen des Stoffwechsels 1. Energiegewinnung (ATP-Bildung) 2. Bereitstellung von Reduktionsäquivalenten (NADH, NADPH, FADH2) 3. Bereitstellung von Molekülen für Biosynthesen
• Wo spielen Cofaktoren eine Rolle? ATP, NAD, FAD --> Abbauender Stoffwechsel, ENergiegewinnung NADPH --> Aufbauender Stoffwechsel, Biosynthesen
• Was ist das Coenzym A? Überträger von Acetyl- und Acylgruppen Reaktiv ist endständige Thiolgruppe (-SH) Leitet sich vom Vitamin Pantothensäure ab! Acetyl-CoA + H2O --> Acetat + CoA + H+ Exotherm!
• Was sind Carrier? Überträger aktivierter Gruppen Cofaktoren von Enzymen Leiten sich alle von Vitaminen ab ATP --> Phosphorylgruppe NADH, NADPH, FADH2 --> Elektronen Acetyl-CoA --> Acetylgruppe
• In welchen Teilen der Zellen finden welche Stoffwechselvorgänge statt? Im Cytosol: - Glykolyse - FS-Synthese - Pentosephosphatweg In den Mitochondrien: - Citratzyklus - Oxidative Phosphorylierung - β-Oxidation der FS - Ketonkörperbildung In beidem: - Gluconeogenese - Harnstoffsynthese
• Skizze der Energiegewinnung Fette - FS + Glycerin ; KH - Monosaccharide ; Proteine - AS ----> Acetyl-CoA -----> Citratzyklus (Oxalacetat + Acetyl-CoA -> Citrat + CoA) -> α-Ketogluterat - 2 CO2 -> Succinyl-CoA -> Fumerat -----> e- in oxidative Phosphorylierung (ADP -> ATP) ---> O2
• Skizze von D-Glucose (Fischer Projektion) und Ablauf des Glucoseabbaus O=C-H H-C-OH OH-C-H H-C-OH H-C-OH H-C-OH Glucose (Glykolyse) --> Pyruvat (oxidative Decarboxylierung) --> Acetyl-CoA (Citratzyklus) --> CO2, NADH, FADH2 (Oxidative Phosphorylierung) --> ATP
• Unterschied zwischen Atmung und Gärung Atmung = aerob Gärung = anaerob
• Definition von Glykolyse Umwandlung der D-Glucose (C6) in 2 Moleküle Pyruvat (C3) in 10 Schritten, davon 3 irreversibel (1,3, 10) zum weiteren Abbau von Pyruvat in ATP (Energie). Gleichzeitig entsteht ATP.
• Nettoreaktion der Umwandlung von Glucose in der Glykolyse Glucose + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi --> 2 Pyruvat + 2 NADH + 2 ATP
• wie viele Reaktionen laufen während der Glykolyse ab? 10 Reaktionen, 3 davon irreversibel (Schrittmacherreaktion)
• Strategie der Glykolyse Umwandlung von Glucose in Pyruvat zur späteren Energiegewinnung
• Wodurch werden die Enzyme gehemmt? Durch viel ATP und viel Pyruvat
• WIe viel ATP wird bei der Glykolyse gewonnen? + 2 ATP
• Beschreiben Sie die oxidative Decarboxylierung und ihre Strategie! Umwandlung von Pyruvat (C3) in die aktivierte C2-Einheit Acetyl-CoA - Irreversibel! - NADH-Bildung! Pyruvat + NAD+ + CoA --> Acetyl-CoA + NADH + CO2
• Welche Reaktion des Citratzyklus ist ein wichtiger Kontrollpunkt? b) Wodurch gehemmt? Die erste Reaktion ist eine Schrittmacherreaktion: Oxalacetat (C4) + Acetyl-CoA (C2) ---> Citrat (C6) + CoA b) durch viel Citrat und ATP
• Strategie des Citratzyklus Bereitstellung energiereicher Verbindungen durch Abbau von Acetyl-CoA Lieferung von Molekülen für Biosynthesen
• Skizze Citratzyklus Nettoreaktion Oxalacetat --> Acetyl-CoA ----> Citrat (- NADH, - CO2) ---> α-Ketogluterat ( - NADH, - CO2) ---> Succinyl-CoA --> ( - GTP, - FADH2) ---> Fumarat ---> (- NADH) --> Oxalacetat Oxalacetat + Acetyl-CoA + 3 NAD+ 1 FAD + GDP + Pi -----> Citrat - CoA + 2 CO2 + 3 NADH + FADH2 + GTP
• Alkoholische Gärung In Abwesenheit von Sauerstoff ist die Hefe gezwungen, Glucose zu Ethanol zu verarbeiten Pyruvat + H+ --> Ethanal + CO2 (flüchtig) Ethanal + NADH + H+ ---> Ethanol + NAD+
• Beid er oxidativen Phosphorylierung wird Energie gebildet. Beschreiben Sie den Vorgang und die Strategie! - Elektronen werden von NADH und FADH2 auf O2 übertragen - Wanderung der Elektronen liefert Energie in Enzymkomplexen: NADH --> NADH-Q-Reduktase -- e- --FADH2---> Cytochrom-Reduktase ---e-- -> Cytochtom-Oxidase -- e- ---> O2 Durch die Wanderung der Elektronen werden H+-Protonen aus der Mitochondrien-Matrix in den Zwischenmembranraum gepumpt. Dort entsteht ein Konzentrationsgefälle. Die Protonen fließen zurück in die Matrix durch das Enzym ATP-Synthase. Die dadurch entstehende Energie wird genutzt, um P an ADP zu koppeln. ATP entsteht. Atmungskette: 3 Enzymeinheiten, die alle Protonen pumpen und ATP erzeugen. Atmungskontrolle: NADH und FADH2 werden nur oxidiert, wenn Sauerstoff anwesend ist und gleichzeitig ADP zu ATP phosphoryliert wird. 1 NADH --> 3 ATP 1 FADH2 -> 2 ATP
• Warum ist die Oxidation von Sauerstoff im Körper nicht gefährlich (Knallgasreaktion)? DIe Oxidation von Sauerstoff im Körper läuft in mehreren Einzelschritten ab, sodass die große Energiemenge nicht auf einmal entsteht.
• ATP-Ausbeute pro Molekül Glukose 36 ATP
• Aufgabe und Strategie des Pentosephosphatwegs b) wodurch aktiviert? Pentosen (C5-Zucker) und NADPH (Elektronendonator) aus Glucose bilden. Glucose-6-P + 2 NADP+ + H2O ---> Pentose-5-P + 2 NADPH + CO2 + 2 H+ (Decarboxylierung) b) durch viel NADP+
• Die Gluconeogenese ist nicht die Umkehrung der Glucose! Begründung anhand von 2 Beispielen. Glucose wird aus Pyruvat gebildet -> Sie umgeht die 3 irreversiblen Schritte der Glykolyse -> es wirken unterschiedliche Enzyme 1. Bsp.: Glykolyse: Glucose + ATP -> Glucose-6-P + ADP + H+ (Enzym: Hexokinase) GNG: Glucose-6-P + ADP + H+ -> Glucose - ATP (Enzym: Glucose-6-Phosphatase) 2. Bsp.: Glykolyse: Fructose-6-P + ATP -> Fructose-1,6-BisP + ADP + H+ GNG: Fructose-1,6-BisP + ADP + H+ -> Fructose-6-P + ATP 3. Bsp.: Glykolyse: Phosphoenolpyruvat + ADP + Pi --> Pyruvat + ATP GNG: Pyruvat + Carboxybiotin -> Oxalacetat -> Phosphoenolpyruvat
• Welche Stoffe sind verantwortlich für die Regulation beider Stoffwechselwege? Glykolyse                 l            Gluconeogenese AMP stimuliert          l             AMP hemmt Citrat hemmt           l             Citrat stimuliert Glucose stimuliert     l            Glucose hemmt AMP = wenig Energie
• Aufgabe der Gluconeogenese und andere Bezeichnung Aufgabe: Umwandlung von Pyruvat in Glucose (Energiegewinnung) in länger andauernden Hungerphasen oder KH-freier Ernährung Glucose ist wichtig für Konstanthaltung des Blutzuckerspiegels und für das Gehirn Sie wird noch als Glucosebiosynthese bezeichnet
• Zusammenarbeit zwischen Leber und Muskelzellen Bei starker Muskelarbeit wird unter Sauerstoffmangel Pyruvat zu Lactat (Salz der Milchsäure) umgewandelt, da dies schneller ist als der Citratzyklus. Pyruvat + NADH + H+ ---> Lactat + NAD+ Glucose wird über das Blut zu den Muskelzellen transportiert. Dort wird Glucose zu Lactat umgewandelt und mit dem Blut wieder zur Leber zurück gebracht. Dort wird Lactat über Pyruvat zu Glucose umgewandelt (Gluconeogenese) und wieder über das Blut zu den Muskelzellen.
• Erläutern Sie die Begriffe Glykogen und Glykogenspeicher Glykogen: Stark verzweigtes Polymer der Glucose mit α-1,6-Bindungen. Reservekohlenhydrat der Menschen. -Speicher: Leber und Skelettmuskeln
• Wozu Glykogen und wie wird es abgebaut? Glykogen ist die Speicherform der Glukose und dient als Energiespeicher. Beim Abbau wird eine Glucoseeinheit durch Orthophosphat abgespalten. Glykogen (n) + Orthophosphat ---> Glykogen (n-1) + Glucose-1-P Glucose-1-P kann ohne Weiteres zu Glucose-6-P umgewandelt werden. Enzym: Phosphorylase Diese Reaktion benötigt keine Energie. Es wird so lange Glykogen abgebaut, wie Energie benötigt wird.
• Was wird beim Glykogenaufbau benötigt und wie wird es synthetisiert? -> UDP-Glucose (=Uridindiphosphat) Überträger der Glucose Synthese: UTP + Glucose-1-P ---> UDP-Glucose + Pyrophosphat Aufbau von Glykogen: Glykogen (n) + UDP-G ---> Glykogen (n+1) + UDP Enzym: Glykogensynthase -> UDP überträgt Glucose auf das nichtreduzierende Ende des Glykogen Ein Verzweigungsenzym bildet anschließend α-1,6-Bindungen
• Regulation des Glykogenstoffwechsels Aufbau: Glykogensynthase Abbau: Phosphorylase Enzyme sind nie gleichzeitig aktiv und werden durch Phosphatreste aktiviert oder inaktiviert.
• Beschreiben Sie (anhand einer Tabelle) die Konstanthaltung der Blutglucose-Konzentration                                       Erhöhung der Blutglucose-K.           Senkung der Blutglucose-K.  Nahrungsaufnahme:          Resorption von Nahrungs-KH          Glykogenbiosynthese           Nahrungskarenz:              Gluconeogenese aus Nicht-KH,          Glucoseabbau im Gehirn                                       Glykogenabbau                                und Nervensystem             
• Was sind Fette? Ester des Glycerins mit langkettigen Carbonsäuren (=FS)
• Struktur einer FS H3C - CH2(n) - CH2 - CH2 - COOH  (liegt bei physiologischem pH-Wert als Carboxylat COO- vor) ω                      β      α
• Speicherform von FS Werden als Triacylglycerine gespeichert
• Aufbau eines Triacylglycerins Allgemein      H                                    H - C - OH                             H2C - O - C=O - FS1 H - C - OH    +   3 FS ------>  H2C - O - C=O - FS2   +   3 H+ H - C - OH                             H2C - O - C=O - FS3      H
• Beispiel eines Triacylglycerins      H                                    H - C - OH                             H2C - O - C=O - (CH2)14 - CH3                             Palmitinsäure H - C - OH    +   3 FS ------>  H2C - O - C=O - (CH2)16 - CH3   +   3 H+              Stearinsäure H - C - OH                             H2C - O - C=O - (CH2)7 - CH=CH - (CH2)7 - CH3    Ölsäure      H

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