Modul B6: Grundlagen des Lebens: Biochemie - Wichtige Stoffwechselwege - PDF

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S F U M E D Modul B6 Grundlagen des Lebens Biochemie Wichtige Stoffwechselwege Matthias Steiger 24.10.2023 11.10.24 1 S F U M E D Aufbau 1. Einführung 2. Kohlenhydrate 3. Proteine, Peptide, Aminosäuren 4. Enzyme 5. Wichtige Stoffwechselwege (Glykolyse, Citratzyklus…) 6. Atmungskette (Endoxidation) 7. Lipide 8. DNA/RNA 9. Hormone 10. Ernährung und Verdauung 11. Stoffwechsel der Organe 11.10.24 2 S F U M E D 3. Wichtige Stoffwechselwege 1.Glykolyse 2.Citratzyklus 3.Pentosephosphatweg (PPW) 4.Gluconeogenese 5.Glykogensynthese 11.10.24 3 Q: Königshoff, Brandenburger, Kurzlehrbuch Biochemie S F U M E D 1. Glykolyse 2. Citratzyklus 3. Pentosephosphatweg (PPW) 4. Gluconeogenese 5. Glykogensynthese 11.10.24 4 Q: Königshoff, Brandenburger, Kurzlehrbuch Biochemie S F U M E D Glykolyse Nicht beim Menschen 11.10.24 5 Q: Stryer Biochemie, 8.Auflage S F U M E D Glykolyse Glucose ist ein wichtiger und weit verbreiteter Brennstoff. Bei Säugern ist Glucose, außer im Hungerzustand, der einzige Brennstoff für das Gehirn, und auch Erythrocyten können ausschließlich Glucose verwerten. Die Glykolyse kommt praktisch in allen Zellen vor, sowohl bei Pro- als auch bei Eukaryoten. In Eukaryotenzellen findet sie im Cytoplasma (Cytosol) statt. Glykolyse liefert ATP, NADH und Pyruvat Nettoreaktion: Glucose + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi → 2 Pyruvat + 2 NADH + H+ + 2 ATP + 2 H2O 11.10.24 6 S F U M E D Glykolyse 11.10.24 7 S F U M E D Einzelschritte 1 Hexokinase Glucose-6-Phosphat Isomerase 11.10.24 8 S F U M E D Einzelschritte 2 Phosphofructokinase (PFK) Allosterische reguliertes Enzym, das die Geschwindigkeit der Glykolyse mitbestimmt Aldolase 11.10.24 9 S F U M E D Regulation der Glykolyse 11.10.24 10 S F U M E D Adenylatzyklase cAMP ATP (zyklisches AMP) 11.10.24 11 S F U M E D Einzelschritte 3 Triosephosphat Isomerase (TPI, TIM) Ein Mangel an Triosephosphat-Isomerase ist eine seltene Erkrankung und die einzige tödlich verlaufende Enzymopathie eines glykolytischen Enzyms. Klinisch ist der Mangel gekennzeichnet durch eine schwere hämolytische Anämie und Neurodegeneration. Glycerinaldehyd 3- phosphat- dehydrogenase Energie liefernder Schritt für die Zelle. 11.10.24 12 S F U M E D NAD+/NADH Nicotinamidadenindinukleotid Oxidierte Form Reduzierte Form NAD+ 11.10.24 13 S F U M E D Einzelschritte 4 Substratkettenphosphorylierung Phosphoglyceratkinase ATP Erzeugung Substratkettenphosphorylierung ATP Erzeugung 11.10.24 14 S F U M E D Die „aerobe Glykolyse“ ist ein Kennzeichen sich rasch vermehrender Zellen Seit Jahrzehnten ist bekannt, dass Tumoren eine höhere Glucoseaufnahmerate besitzen und eine stärkere Glykolyse zeigen als nichtentartetes Gewebe. Allerdings metabolisieren sich rasch vermehrende Tumorzellen selbst bei Anwesenheit von Sauerstoff Glucose zu Lactat – ein Vorgang, der in den 1920er-Jahren von Otto Warburg für Krebszellen nachgewiesen wurde und daher als „Warburg-Effekt“ oder auch „aerobe Glykolyse“ bezeichnet wird. Tumoren mit einer hohen Glucoseaufnahmerate sind besonders aggressiv und die Krebserkrankung hat häufig eine schlechte Prognose. Sie können mithilfe des nichtmetabolisierbaren Glucoseanalogons 2- 18F-2-d-Desoxyglucose in einer Kombination aus Positronenemissions-tomographie (PET) und einer computergestützten Tomographie (computer-aided tomography, CAT) leicht sichtbar gemacht werden. Q: Stryer Biochemie, 8.Auflage 11.10.24 15 S F U M E D Die „aerobe Glykolyse“ ist ein Kennzeichen sich rasch vermehrender Zellen Abb. 16.22 Tumoren lassen sich mithilfe von 2- 18 F-2- d -Desoxyglucose (FDG) in einer Positronenemissionstomographie sichtbar machen. a Das durch eine Infusion verabreichte, nichtmetabolisierbare Glucoseanalogon wird mithilfe einer Kombination aus Positronenemissionstomographie und computergestützter Tomographie sichtbar gemacht und zeigt einen malignen (bösartigen) Tumor (T) an. b Nach vierwöchiger Therapie mit einem Tyrosinkinaseinhibitor nimmt der Tumor kein FDG mehr auf – ein Hinweis auf eine reduzierte Stoffwechselaktivität im Gewebe. Überschüssiges FDG, das mit dem Harn ausgeschieden wird, ist auch in den Nieren (N) und in der Blase (B) nachweisbar. 11.10.24 16 Q: Stryer Biochemie, 8.Auflage S F U M E D Pentosephosphatweg Oxidativer Teil: Herstellung von NADPH und C5 Zucker (Ribose – DNA, RNA) Ausgangssubstanz: Glucose-6-phosphat NADP+ Produkte: Ribulose-5-Phosphat CO2 NADPH 11.10.24 17 S F U M E D Pentosephosphatweg Nicht-oxidativer Teil: Umlagerung der C5 Verbindungen in C6 bzw. C3 Bausteine Ausgangssubstanz: Ribulose-5-phosphate Produkte: Fructose-6-phosphat Glycerinaldehyd-3- phosphat 11.10.24 18 S F U M E D Feedback https://www.feedbackr.io Code: HCDGI 11.10.24 19