Biochemie (Fach) / Citratzyklus (Lektion)

zentrale Drehscheibe des Metabolismus

Diese Lektion wurde von Freya89 erstellt.

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• Wie kommt das Pyruvat vom Cytosol in die Matrix der Mitochondrien? Es wird per Symporter zusammen mit H+ über die innere Membran der Mitochondrien in die Matrix verfrachtet.
• Was katalysiert der Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex und was wird dabei gebildet? Er katalysiert die oxidative Decarboxylierung von Pyruvat zu Acetyl-CoA, wobei CO2 und NADH gebildet werden.
• Wie heißen die 3 enzymatischen Komponenten des PDH-Komplexes und welche 5 Coenzyme sind an der oxidativen Decarboxylierung noch beteiligt? - Pyruvat-Dehydrogenase (E1) - Dihydrolipoyl-Transacetylase (E2) - Dihydrolipoyl-Dehydrogenase (E3) dabei beteiligte Coenzyme: TPP (Thiaminpyrophosphat), Coenzym A, Liponamid, FAD und NAD+
• Reaktionsmechanismus des PDH-Komplexes kurz beschreiben 1, TPP von der Pyruvat-Dehydrogenase greift, mittels reaktiven Carbanions, nukleophil an das Pyruvat an, wobei CO2 abgespaltet wird und ein "aktiver Aldehyd" entsteht (Hydroxyethylthiaminderivat). 2, Die Hydroxyethylgruppe wird nun zur Acetylgruppe oxidiert und auf einen Liponamidrest (= cycl. Disulfidverbindung) der Transacetylase übertragen, wobei ein Thioester ausgebildet wird. 3, Transacetylase überträgt die Acetylgruppe auf einen zweiten Liponamidrest und erst dann auf Coenzym A, wobei Acetyl-CoA freigesetzt wird. 4, Dihydrolipoyl-Dehydrogenase regeneriert die Liponamidgruppe durch seine prosteht. Gruppe FAD. Anschließend reduziert das gebildete FADH2 das Cosubstrat NAD+ zu NADH
• Wie viele Reaktionen finden beim Citratzyklus statt und was ist der Unterschied zur Glykolyse? Der Citratzyklus ist eine in sich geschlosse Folge von 9 Reaktionen, bei der Oxalacetat sowohl Ausgangs- und Endprodukt ist.  Die Glykolyse ist eine lineare Reaktionsabfolge.
• Welches Enzym im Citratzyklus startet die erste Reaktion und um welche Reaktion handelt es sich? Die Startreaktion des Zyklus wird von der Citrat-Synthase katalysiert. Diese verknüpft Oxalacetat mit Acetyl-CoA zum Citrat, wobei es sich um eine Aldoladdition handelt.
• Welches Enzym wandelt Citrat zu Isocitrat um? (kurz beschreiben) Aconitase isomerisiert Citrat zu Isocitrat. Zuerst wird mittels Dehydratation die Hydroxygruppe von C3 eliminiert, wodurch das Intermediat cis-Aconitat entsteht. Nach anschließender Hydratation addiert Aconitase H2O und platziert die Hydroxygruppe an C2. Wichtig für die nachfolgende Decarboxylierungsreaktion ist die Überführung eine tertiären in eine sekundäre Hydroxygruppe.
• Was befindet sich im aktiven Zentrum der Aconitase und wo gehört das Enzym deshalb dazu? Das Enyzm Aconitase gehört zu den Eisen-Schwefel-Proteinen. Es enthält im aktiven Zentrum einen Komplex aus 4 Eisenatomen und 4 Schwefelatomen (Fe4S4), der über 3 Cysteinreste an das Protein gebunden ist. Das vierte Eisenatom hat ein Hydroxyion als Ligand, welches an der Katalyse beteiligt ist.
• Zu welchem Produkt wird Isocitrat mittels Isocitrat-Dehydrogenase oxidativ decarboxyliert? Welches Intermediat entsteht zwischen den 2 Teilschritten der Reaktion und welches wichtige Reduktionsäquivalent wird dabei gebildet? Isocitrat-Dehydrogenase decarboxyliert Isocitrat zu alpha-Ketoglutarat, wobei CO2 freigesetzt wird und NADH gebildet wird.  Im ersten Schritt wird die Hydroxygruppe am C2 vom Isocitrat oxidiert, wobei das enzymgebundene Intermediat Oxalsuccinat entsteht und NAD+ zu NADH reduziert wird. Im zweiten Schritt decarboxyliert die instabile beta-Ketocarbonsäure Oxalsuccinat zur Dicarbonsäure alpha-Ketoglutarat und CO2 wird abgegeben. 
• Welche Reaktion im Citratzyklus wird als "Schlüsselreaktion" bezeichnet und verleiht eine gewisse "Direktionalität"? Die Reaktion der Isocitrat-Dehydrogenase wird als Schlüsselreaktion bezeichnet, da sie irreversibel ist. Sie ist stark exergon und daher läuft der Zyklus niemals "rückwärts".
• Welches Coenzym und Cosubstrat wirken bei der alpha-Ketoglutarat-Dehydrogenase mit? Coenzym = Thiaminpyrophosphat Cosubstrat = CoA-SH
• Alpha-Ketoglutarat wird durch welches Enzym umgewandelt? Welches Intermediat des Citratzyklus entsteht dabei? Der Multienzymkomplex alpha-Ketoglutarat-Dehydrogenase katalysiert die Decarboxylierung in Succinyl-CoA, wobei NAD+ zu NADH reduziert und CO2 freigesetzt wird.
• Was wird bei der Spaltung des energiereichen Thioester Succinyl-CoA zu Succinat gebildet? Welches Enzym katalysiert diese Reaktion? Durch das große Gruppenübertragungspotenzial des Thioesters kommt es zur Bildung von GTP aus GDP und Pi sowie zur Regeneration von CoA-SH. Die Reaktion wird von Succinyl-CoA-Synthase katalysiert.
• Nennen Sie die Enzyme, welche die 3 letzten Reaktionsschritte katalysieren Succinat zu Oxalacetat zu regenerieren. Welche Intermediate und Reduktionsäquivalente werden dabei gebildet? 1. Succinat-Dehydrogenase oxidiert Succinat unter Bildung von FADH2 zu Fumarat. 2. Fumarase hydratisiert Fumarat zu L-Malat. 3. Malat-Dehydrogenase oxidiert L-Malat zu Oxalacetat, wobei NAD+ zu NADH reduziert wird.
• Wie hoch ist die Gesamtenergiebilanz vom Citratzyklus ohne/mit oxidativer Decarboxylierung von Pyruvat? Es werden 8,3 Mol ATP aus 3 Mol NADH und 1 Mol FADH2 gewonnen.  Dazu werden 1 Mol GTP, also 1 Mol ATP gerechnet. Das heißt der Abbau von Acetyl-CoA zu CO2 und H2O in einer Runde Citratzyklus liefert formal Äquivalent von 9,3 energiereichen Phosphatbindungen. Bei der oxidativen Decarboxylierung von Pyruvat werden 1 Mol NADH entsprechend 2,3 Mol ATP produziert, somit liefert 1 Mol Pyruvat ingsgesamt 11,5 Mol ATP.
• Der Citratzyklus ist __________ , während die Glykolyse ___________ ist. Citratzyklus = obligat aerob Glykolyse = fakultativ aerob
• Der Citratzyklus ist amphibol. Was bedeutet das? Amphibol heißt, dass der Citratzyklus sowohl für anabole als auch katabole Stoffwechselwege wichtig ist.
• Wofür sind Oxalacetat und alpha-Ketoglutarat wichtige Vorstufen? Sie sind für die Biosynthese von Aminosäuren wichtige Vorstufen.
• Wozu dient Succinat als essentieller Baustein? Wichtiger Baustein bei der Porphyrine-Biosynthese
• Was bedeutet anaplerotisch? anaplerotisch heißt soviel wie "auffüllen" Werden dem Citratzyklus Komponenten entnommen für anabole Zwecke, so müssen an anderer Stelle wieder neue Komponenten eingespeist werde. Sonst würde der Zyklus zum Stillstand kommen.
• Welches Enzym übernimmt eine anaplerotische Funktion, damit der Citratzyklus nicht zum Stillstand kommt? Pyruvat-Carboxylase stellt aus Pyruvat und CO2 unter ATP-Verbrauch Oxalacetat her.
• Welche Enzyme sind bei der Kontrolle des Citratzyklus von Bedeutung? Citrat-Synthase Pyruvat-Dehydrogenase Isocitrat-Dehydrogenase alpha-Ketoglutarat-Dehydrogenase
• Welches Cosubstrat wird von den Dehydrogenasen benötigt? NAD+ wird als Cosubtrat benötigt
• Das mitochondriale Verhältnis von ________ ist ein entscheidender Regulator des Citratzyklus. NAD+/NADH
• Was wirkt als Aktivator/Inhibitor der Pyruvat-Dehydrogenase? Inhibitor: ATP, Acetyl-CoA, NADH Aktivator: AMP, CoA-SH, NAD+, Ca2+
• Was inhibiert die Citrat-Synthase? ATP = allosterischer Hemmer NADH, Citrat hemmen es ebenfalls
• Was wirkt aktivierend/inhibierend auf Isocitrat-Dehydrogenase? ATP = allost. Inhibitor NADH = kompetitiver Inhibitor -> verdrängt Cofaktor NAD+ vom Enzym ADP und Ca2+ = aktivierend
• Was hemmt/aktiviert die alpha-Ketoglutarat-Dehydrogenase? Inhibitor: Succinyl-CoA und NADH Aktivator: Ca2+
• Welche 2 Stoffwechselwege sind im Mitochondrium eng miteinander verknüpft? Citratzyklus und oxidative Phosphorylierung

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