Biochemie (Fach) / Wasserlösliche Vitamine (Lektion)

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• Namen von: Vitamin B1 Vitamin B2 Vitamin B3 Vitamin B9 Vitamin B5 Vitamin B6 Vitamin B12 Vitamin C Vitamin H (B7) B1 - ThiaminB2 - RiboflavinB3 - Nictotinamid/NicotinsäureB9 - FolsäureB5 - PantothensäureB6 - PyridoxinB12 - CobalaminC - AscoribinsäureH (B7) - Biotin
• Vitamin B1: Thiamin Thiamin besteht aus einem substituierten Thiazolring und einem Pyrimidinringbiologisch aktive Form: ThiaminpyrophosphatCoenzym für: oxidative Carboxylierungen (z.B. Pyruvatdehydrogenase) und TransketolaseWirkmechanismus: Anlagerung von Ketogruppen - reaktionsfreudiger
• Pyruvat Dehydrogenase Komplex 1 beteiligte Enzyme:1) Thiamin - Thiaminpyrophosphat2) Liponsäure - bildet Acetylreste aus Pyruvat3) Pantothensäure - Synthese von Coenzym A4) Riboflavin - Synthese des Coenzyms FAD5) Nicotinsäure - Synthese von Coenzym NAD+
• Pyruvat Dehydrogenase Komplex 2 E1: Decarboxylase-Dehydrogenase (Pyruvat Dehydrogenase) : Decarboxylierung von PyruvatE2: Dihydroliponamid-S-Acetyltransferase (Core Enzym): Übertragung der Acetylgruppe auf CoAE3: Dihydroliponamid-Dehydrogenase: Regenerierung der oxidierten Form des Liponamids (FAD)
• alpha-Ketoglutarat Dehydrogenase Komplex Citrat-ZyklusE1: alpha-Ketoglutarat-DehydrogenaseE2: Dihydroliponamid-S-Succinyltransferase (Succinyl-CoA)E3: Dihydroliponamid-Dehydrogenase
• Welche Reaktionen werden von Interkonversion reguliert? Pyruvat-Dehydrogenase alpha-Ketoglutarat-Dehydrogenase (Reaktion bei Abbau der verzweigkettigen Aminosäuren)(phosphorylierte Form inaktiv)
• Transketolase Thiaminpyrophosphat-abhängige Reaktion im Pentosephosphatweg:Ketose, C2-Fragment von Xylulose-5-phosphat (Donor) + Aldose, Glycolaldehyd (Akzeptor)
• Thiamin-Avitaminose/Hypovitaminose Beri-Beri/Wenicke-EnzephalopathieMangelernährung (polierter Reis), Alkoholismus+Unterernährung, Malasorption bei Erkranungen des Magen-Darm-Trakts,Speicherdefekt bei Lebererkrankungen (Leberzirrhose durch Autoimmunreaktion gegen Lipattransacetylase Unterheit von Pyruvatdehydrogenase)ausgeprägt in Zellen mit hohem Glucosebedarf/Zellen, die Glucose/Pyruvat/Lactat komplett aerob abbauen, also keine Glykolyse (Neurone, Herzmuskel)auch Transketolaseaktivität in Erythrozyten beeinträchtigt hohe Blut-Pyruvat-Konzentrationen nach Glucoseaufnahme Therapie: Thiamingabe (Benfotiamin)
• Vitamin B2: Riboflavin Lactoflavin Riboflavin -> FMN -> FAD IsoalloxazinringPteridinring mit ankondesiertem BenzolringRibityl-Kette katalysiert:oxidative Desaminierungen [aromatischer proteinogener L-Aminosäuren und ihrer Derivate (Katecholamine, Serotonin, Histamin) durch Monoaminooxidasen (Phenylalanin-, Tyrosin-/Katecholamin-, Tryptophan- und Histidin-Stoffwechsel)]Dehydrierungen von CH2-CH2-Gruppen zu CH(doppelbindung)CH-GruppenOxidationen von Aldehyden zu SäurenTranshydrogenierungen
• Synthese von FMN Synthese von FAD Riboflavin + ATP ----> FMN + ADP            (Riboflavin-Kinase) FMN + ATP ----> FAD + PPi         (FAD-Synthetase)
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• Flavoproteine in Atmungskette Succinat-Dehydrogenasedie Oxidation von Succinat zu Fumarat mit FAD (wird zu FADH2) als Oxidans (II: Succinat-Ubichinon-Reduktase)gleichzeitiger Transport von zwei Elektronen über die Membrangrenze (FADH2 wird wieder zu FAD)
• Vitamin B2: Biotransformation/Entgiftung, Oxidasen Cyt P450, Monooxygenasen, Reduktasen, Glutathionreduktase - NADPH als Co-Substrat Aminosäureoxidasen, Xanthinoxidase übertragen H+ und Elektron auf O2
• Mangelerkrankung Vit B2 meist zusammen mit allgemeinen Proteinmangelzuständenentzündliche Haut- und Schleimhautveränderungen, Glossitis (Landkartenzunge), seborrhoische Dermatitis im GesichtDiagnose: Glutathionreduktase in ErythrozytenTherapie: Riboflavingabe
• Nicotinsäure/Nicotinsäureamid einfache PyridinderivateAufnahme als freies Vitamin oder als Coenzym (NAD/NADP)kann aus Trypthophan gebildet werdenNicotinsäure im Pfortaderblut
• Syntheseweg/Abbauweg Tryptophan zu NAD+ Tryptophan --> Chinolsäure (mit PRPP Phosphoribosylpyrophosphat) ---> Nicotinsäureribosyl-5-P (mit AMP und Glumatin) --> NAD+ 60 mg Tryptophan = 1 mg Nicotinsäure
• Namen: NAD+ NADP+ Nicotinamid-adenin-dinucleotid Nicotinamid-adenin-dinucleodtidphosphat
• Absorptionsmaximun NADH/NADPH NAD+ (oxidiert) bei 260 nm NADH (reduziert) bei 340 nm
• Funktionen von NADPH + H+ und NADH+H+ in Atmungskette NADPH+H+ Bildung: Pentosephosphatweg, Malatenzym NADPH+H+-Verbrauch (wird dabei zu NADP+):1) Fettsäuresynthese2) Cholesterinsynthese (HMG-CoA-Reduktase)3) Reduktion von Glutathion (Sulfhydrylpuffer) durch Glutathionreduktase (Flavoprotein-FAD)     --> in Erythrozyten Schutz vor ThiolgruppenNADH+H+ kann die innere Mitochondrienmembran nicht passieren (nur Protonen und Elektronen) Transportsysteme notwendig (andere Karteikarte)
• Malat-Asparat-Shuffle (Leber, Niere, Herz) Malat-alpha-Ketoglutarat-Carrier (M/K-Carrier)Cytosol:Oxalacetat über NADH/H+ (wird zu NAD+) und Malatdehydrogenase-c (MDHc) zu Malat (Transport zur Matrix möglich gegen alpha-Ketoglutarat) Matrix:Malat über NAD+ (wird zu NADH/H+) und MDHm zu Oxalacetat (kein Transport) Aspartat/Glutamat-Carrier Cytosol:alpha-Ketoglutarat über Aspartat-Aminotransferase (ASAT) zu Glutamat (Transport zur Matrix möglich gegen Aspartat)Aspartat über ASAT zu Oxalacetat (kein Transport) Matrix:Oxalacetat zu Aspartat (Transport)Glutamat zu alpha-Ketoglutarat (Transport)
• Glyerinphosphat-Shuttle (Muskel, Gehirn) Elektronen des NADH (reduziertes Nicotinamid-Adenin-Dinucleotid) werden aus dem Cytosol in die Mitochondrien transportiertDihydroxyacetonphosphat (mit NADH+H+)--> Glycerol-3-phosphat (und NAD+)Rückreaktion: Flavin-Adenin-Dinucleotid (FAD) auf Ubichinon (Reduktion von FAD zu FADH2, dann Elektronenübertragung auf Ubichinon)
• Nicotinsäure Mangelerkrankung PellagraDermatitichronische Entzündung der Schleimhaute, Gastritis, EnteritisDemenzwenig Nicotinsäure, wenig Tryptophan, viel LeucinKarzinoid: Tumor, bei dem 60% des Tryptophans (normal 1%) für Serotoninsynthese herangezgen wirdTherapie: Nicotinamidgabe
• Pantothensäure aus beta-Alanin und 2,4-Dihydroxy-3,3-dimethylbuttersäure (nicht synthetisierbar)vermehrtes Vorkommen in Leber, NiereAufnahme mittels Sodium multi-vitamin transporter (SMVT)Bestandteil des Coenzym A, bildet mit Carboxylgruppe von Fettsäuren Thiolester (reaktionsfreudig)
• Bildung von Coenzym A Phosphorylierung, Anlagerung von Cystein (ATP Verbrauch)Decarboxylierung des Cysteins (Zwischenprodukt: 4-Phosphopantethein), AMP Anlagerung (Adenylat) und Phosphorylierung am Riboserest
• Reaktionen von CoA-SH und seinen Derivaten CoA-SH:Thiolytische Spaltungen [Beta-Ketoacyl-CoA]AcyladenylatUmesterungen [Acetyllipoat]SuccinyllipoatAcetyl-CoA:Transfer der Acetylgruppe: Acetylierungen [Acetyl-Cholin, N-Acetylierungen von Zuckern, Fettsäuresynthase]Reaktionen an der Methyl-Gruppe (CH3): Bildung von Citrat, Malonyl-CoA Succinyl-CoA:Spaltung des Thioesters unter GTP-GewinnKondensation mit Glycin unter Bildung von Delta-AminolaevulinsäureAcyl-CoA:Beta-Oxidation, Acyltransfer bei Veresterungen, Lipidsynthese
• Folsäure besteht aus Pteridin, p-Aminobenzoesäure, L-Glutamatbiologisch aktive Form: Tetrahydrofolat (THF)Pteroylmonoglutamate werden im proximalen Dünndarm resorbiert(Polyglutamate werden gespalten)während Schwangerschaft erhöhter Bedarf
• Bildung von Tetrahydrofolat (THF) Folat ---> Dihydrofolat ---> Tetrahydrofolat      Folatreduktase      Dihydrofolatreduktase      2x (NADPH + H+ zu NADP+)  
• Reaktionen von Tetrahydrofolat (THF) synthetisiert aus Folsäure Coenzym für Übertragung von Einkohlenstoffverbindungen (NICHT CO2 [Biotin], Methylgruppen AUCH von S-Adenosylmethionin [SAM])Träger: N-Atome 5 + 10 des PteroylrestsBiosynthesen:- C-Atome 2 und 8 des Purinkerns (direkte Beladung mit Formiat, ATP Verbrauch) mit N10-Formyl-THF- Cholinbiosynthese (N5-Formyl-THF)- C-Atom für Methylierung von Homocystein zu Methionin (N5-Methyl-THF)- C-Atom für Methylgruppen von Thymin und Hydroxymethylcytosin- Bildung von dTMP aus dUMP (Thymidylatsynthase)- beta-C-Atom für Serin (Umwandlung aus Glycin)- Histidinabbau (Einbau einer Formiminogruppe, N5-Formimo-THF aus N5,N10-Methenyl-THF)
• THF: Serin-Glycin-Umwandlung Serin-hydroxy-methyl-transferase (PLP)Bildung von N5,N10-Methylen-THF aus N5,N10-Methylen-THF entweder dTMP oder DHF- Bildung oderdurch MTHF-Reduktase (NADH/NADPH) zu N5-Methyl-THF zu Methionin oder zu Cholin
• Folsäuremangel Auswirkungen auf NukleinsäuresyntheseStörung des hämatopoetischen Systemsmegaloblastäre AnämieDiagnose: Bestimmung der Serumspiegel von Folsäure/CobalaminHistidinbelastungAS-Metabolismus, Phospholipide-Cholinbiosynthese betroffenwährend Schwangerschaft: Neuralrohrdefekte
• Folsäureantagonisten AntivitamineAminopterin, Amethopterin/MethotrexatHemmung Reduktion von Folsäure zu Tetrahydrofolsäure (Dihydrofolatreductase) (Hemmstoffe der Nukleinsäurebiosynthese)10^5 mal höhere Affinität als DihydrofolatResistenzentwicklung jedoch möglich
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• Sulfonamide analoge Struktur wie p-Aminobenzoesäure: kompetetive Hemmstoffe der Folsäurebiosynthese in Mikroorganismenbei Menschen keine Änderung im Folsäurestoffwechsel, da Vitaminz.B. Trimetoprim
• Vitamin B6: Pyridoxin als Pyridoxol (Alkohol) oder Pyridoxal (Aldehyd)Aktive Form (Pyridoxal-Kinase): Pyridoxalphosphat (PALP)AS-Stoffwechsel; Bildung einer Schiff'schen Base (Aldimin) zw. Aminogruppe von AS und Adelhydgruppe des Pyridoxalphoshats:Transaminierungen, AS-Decarboxylierungen und Eliminierungen
• Reaktionen von Pyridoxalphosphat Cystathionin-Beta-Synthase: Bildung von Cystathionin aus Homocystein und SerinKynureninase: im Tryptophanstoffwechsel (Abbau) beteiligt an der Bildung von Nicotinsäure/NAD+Delta-Aminolävulinatsynthase: Bildung von Delta-Aminolävulinat (ALA) aus Glycin und Succinyl-CoA (Hämbiosynthese)Serin-Palmityl-Transferase: Spingosinsynthese, Kondensation von Palmityl-CoA und SerinGlykogenphosphorylase: Glykogenabbau
• Vit. B6 Mangelerkrankung selten, Dermatitis, Muskeldystrophie, Neuritis, hypochrome microzytäre Anämie (Hämsynthese) Isonicotinsäurehydrazid (Isoniacid, INH) gegen Tuberkulose ist Antagonist für Pyridoxin -- Pyridoxingabe notwendig
• Vitamin B12: Cobalamin vier reduzierte und substituiere Pyrrolringe um zentrales Cobalatom5,6-Dimethyl-Benzimidazolribosidproduziert von Bakterien des menschlichen DarmsBindung an 50kD Glycoprotein in Belegzellen der Magenschleimhaut (intrinsic factor),Resorption des Komplexes in IleumTransport im Blut: Transcobalamine I und II
• aktive Formen des Cobalamins Substitution mit 5'-Desoxyadenosylgruppe: Cofaktor für intramolekulare Umlagerung von Alkylresten (z.B. Isomerisierung von Methylmalonyl-CoA zu Succinyl-CoA) - Isoleucin, Methionin und Threonin, sowie ungeradezahlige Fettsäuren werden zu Propionyl-CoA.. im letzten Schritt Vit. B12Subsitution mit Methylgruppe: Remethylierung von Homocystein zu Methionin (Folsäure abhängig), Regeneration des Methylgruppenüberträgers S-Adenosylmethionin
• Vitamin B12 Mangelerkrankung meistens aufgrund von gestörter intestinaler Resorption, instrinsic factor-Mangel, IleumkrankeitenErscheinungen:- funiculäre Myelose (neurologische Störung) - Entmarkung der Hinterstrang und Pyramidenbahnen- hyperchrome, makrozytäre Anämie = perniziöse Anämie (Vergrößerung der Erythrozyten, hämoglobinreich, insgesamt weniger)
• Vitamin H (Biotin) HarnstoffderivatThiophanringaktive Form: über Carboxylgruppe an Epsilon-Aminogruppe eines Lysylrestes der Peptidkette an Enzymproteine gebunden (Biocytin) - Holocarboxylase-Synthetase Carboxylierungsreaktionen: Biotin kovalent an Enzym gebunden1) unter ATP-Verbrauch Carboxylierung zu Carboxybiotin2) Übertragung der Carboxyl-Gruppe auf Akzeptor
• Biotin-abhängige Enzyme Acetyl-CoA-Carboxylase: im Cytosol, Schlüsselenzym der Fettsäuresynthese (Bildung von Malonyl-CoA aus Acetyl-CoA) Pyruvat-Carboxylase: in Mitochondrien, Schlüsselenzyme der Gluconeogenese (Bildung von Oxalacetat, irreversible Addition von CO2 an Pyruvat), Mangan- oder Zink-abhängig, anaplerotische Reaktion für den Citratzyklus Propionyl-CoA-Carboxylase: in Mitochondrien, Umwandlung von Propionyl-CoA in D-Methylmalonyl-CoA, Abbau der Aminosäuren Isoleucin, Valin, Methionin und Threonin, ungeradzahliger und verzweigter Fettsäuren 3-Methylcrotonyl-CoA-Carboxylase: mitchondriales Enzym, Abbau von Leucin, Umwandlung von 3-Methylcrotonyl-CoA in 3-Methylglutaconyl-CoA
• Biotinmangel bei biotinarmer Ernährung UND Ausschalten der Darmflora (Antiobiotika) Avidin (Glykoprotein) in Hühnererweiß bindet an Biotin Biotinidasedefizient, Holocarboxylase-Synthethase-Defizienz
• Vitamin C: Ascorbinsäure Synthese aus Glucose bei Menschen nicht möglich (es fehlt Gluconsäurelacton-Oxidase) Redoxsystem, Bedeutung im Stoffwechsel:- wasserlösliches Antioxidans, doppelte Elektronenübertragung -> Dehydroascorbinsäure  (Zwischenstufe Ascorbyl-Radikal)- Elektronendonator bei Hydroxylierungsreaktionen, z.B. Dopamin-Beta-Hydroxylase- Schutzfunktion bei Prolylhydroxylierung im Kollagen (besitzt Fe2+) Aufnahme über Natrium-abhängige Vitamin C-Transporter (SVCT1, SVCT2),oxidierte Form (Dehydroascorbinsäure) wird auch über GLUT 1 und 3 aufgenommen
• Funktionen von Vit. C bei enzymatischen Reaktionen Cosubstrat: alpha-Ketoglutarat und O2 Kollagenbiosynthese (HIF-1alpha) - Prolin-/Lysinhydroxylierung - Fe2+Prolyl-4-Hydroxylase, Prolyl-3-Hydroxylase, Lysyl-5-Hydroxylasealpha-Ketoglutarat wird zu Succinat, O2 zu CO2 Carnitinbiosynthese - Trimethyllysinhydroxylierung - Fe2+ Schutzfunktion
• Funktionen von Vit. C bei enzymatischen Reaktionen Cosubstrat: O2 Noradrenalinbiosynthese - Dopamin-beta-Hydroxylierung - Cu2+ Tyrosinabbau - Homogentisinsäurebildung - Fe2+ Peptidhormonsynthese - Amidierung von Peptiden - Fe2+
• Vitamin C-Mangel = SkorbutBindegewebsstoffwechsel gestört, da Hydroxylierungsreaktionen beeinträchtigtVeränderungen im Knochenaufbau, KnochenwachstumUnterernährung Morbus Moeller-Barlow:fehlerhafte Umwandlung von Knorpel in Knochengewebe an allen Epiphysen
• Vitamin-ähnliche Stoffe Cholin:3fach methylitieres EthanolaminEigensynthese möglichBildung von Acetylcholin und Phosphatidylcholin (Lecithin) Inositol:= HexahydroxycyclohexanEigensynthese möglichBildung von Phosphatidylinositolsecond messenger: InositopltrisphophatGlykosylphosphatidylinositol (GPI)Anker für Proteine auf Membranaußenseite lipotrope Faktoren, die Fettablagerung in der Leber verhindern
• Acetylcholin Cholinacetyl-transferase Neurotransmitter für cholinerge Neurone: an der Muskelendplatte im Gehirn in den vegetativen Ganglien an den parasympathischen Nervenenden an der sympathischen Schweißdrüseninnervation AP -> Öffnung von Ca++Kanäle -> Ca++Einstrom -> Fusion der Vesikel mit Plasmamembran und Exozytose von Acetylcholin in den synaptischen Spalt, Bindung an Acetylcholin-Rezeptor nikotinischer Rezeptor im NS und Muskel = Natriumkanal, Einstrom Na+ - Depolarisation im Gehirn muskarinischer Rezeptor - GPCR, G-Protein gekoppelt)Im synaptischen Spalt wird es von der Acetylcholinesterase (hydrolytische Abspaltung von Acetat) inaktiviert.Cholin wird von Na-Symporter zur Präsynapse rücktransportiert -> Umwandlung zu Acetylcholin -> Transport in synaptische Vesikel
• Phosphatitdylcholin (Lecithin) Phosphatide, deren Phosphatgruppe mit Cholin verestert isthäufigstes PhospholipidPhosphorylcholin auch an Bildung von Spingomyelin beteiligtPhosphorylcholin Komponente der Etherlipide (PAF=Platelet Activating Factor, in Konzentration von 10^-11M Thrombozyten-Aggregation)Cholin -> Phosphorylcholin -> CDP-Cholin -> Phosphatidylcholinoder aus Phosphatidyl-ethanolamin durch dreifache Methylierung (SAM) Spaltung durch Phospholipase C - Diacylglycerin - Proteinkinase CSpaltung durch Phopholipase A2 - Arachidonsäure - Eikosanoide
• (Glykosyl)phosphatidylinositol GPI-verankerte Proteine Glykolipide in Eurkaryotenmodifizierbar durch weitere Phosphorylierungen oder Kohlenhydrateunterschiedliche Fettsäuren/LipidanteileProtein ist mit C-terminaler Aminosäure an Phosphoethanolamin gebunden (z.B. Acetylcholin-Esterase)

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