Modul B6: Grundlagen des Lebens, Biochemie (PDF)

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S F U M E D Modul B6 Grundlagen des Lebens Biochemie Wichtige Stoffwechselwege Matthias Steiger 25.10.2023 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 Fructose Stoffwechsel Fructose wird in der Leber hauptsächlich über den Fructose - 1-phosphat Weg umgesetzt. Dieser Weg umgeht den stark regulierten Schritt der Glykolyse – die Phosphofructokinase. Führt bei übermäßiger Aufnahme zu Bildung einer Fettleber. High Fructose Corn Syrup (HFCS) 11.10.24 3 S F U M E D Pyruvat Dehydrogenase Pyruvat: Endprodukt der Glykolyse Pyruvat Dehydrogenase Umwandlung von Pyruvat in Acetyl-CoA Multienzymkomplex 11.10.24 4 S F U M E D Pyruvat Dehydrogenase (PDH) Enzym benötigt FAD und Thiaminpyrophosphat als Coenzyme. Thiamin = Vitamin B1 Acetyl-CoA Coenzym A 1) Adenosin 2) Diphosphat 3) Pantoinsäure (aus Panthothensäure Vit. B5) 4) β-Alanin 5) Thioethanolamin 11.10.24 5 S F U M E D Regulation der PDH 11.10.24 6 S F U M E D Vitamin B1 Mangel 11.10.24 7 S F U M E D Vitamin B1 3 wichtige Enzyme, die Thiamin als Cofaktor benötigen Pyruvat Dehydrogenase Transketolase (Pentose Phosphat Weg) α-Ketoglutarat Dehydrogenase (Citratzyklus) 11.10.24 8 S F U M E D Citratzyklus Der Citratzyklus steht im Zentrum des Stoffwechsels. Seine wichtigste Funktion besteht in der Umwandlung von Acetyl-CoA in 2 CO2. (Katabolimus). Die dabei frei werdende Energie wird in Form von NADH + H+ und FADH2 fixiert und in der Atmungskette zur ATP Synthese verwendet. Die Enzyme des Citratzyklus befinden sich, wie die der Atmungskette auch, im Mitochondrium. Der Citratzyklus ist wesentlich für die Biosynthese von Fettsäuren und Steroiden. (Anabolismus) Nettoreaktion Acetyl-CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + 2 H2O + Pi → 2 CO2 + CoA + 3 NADH+H+ + FADH2 + GTP 11.10.24 9 S F U M E D Stoffwechsel Katabolismus Katabolismus Brennstoffe + O2 --------------à H2O + CO2 + nutzbare Energie Reaktionen, die Brennstoffe (z.B.: Zucker, Fett) in zelluläre Energie umwandeln, nennt man katabole Reaktionen oder Katabolismus. Anabolismus Anabolismus Reaktionen, die Energie benötigen – zum Beispiel die Synthese von Glucose, Fetten oder DNA – heißen anabole Reaktionen oder Anabolismus. Einige Stoffwechselwege können sowohl anabolisch als auch katabolisch sein – abhängig von den energetischen Bedingungen in der Zelle. Solche Stoffwechselwege nennt man amphibolisch. (z.B.: Citratzyklus) 11.10.24 10 S F U M E D Citratzyklus 11.10.24 11 S F U M E D Der Zitratzyklus ist ein amphiboler Stoffwechselweg 11.10.24 12 S F U M E D Citratzyklus, Regulation 11.10.24 13 S F U M E D Gluconeogenese Die Gluconeogenese dient der Bildung von Glucose aus anderen Nährstoffen. Dies geschieht vor allem bei Kohlenhydratmangel (Glucosemangel). Anabolismus 11.10.24 14 S F U M E D Umgehung von irreversiblen Reaktionen der Glykolyse Hexokinase Phosphofructokinase Pyruvatkinase 11.10.24 15 S F U M E D Gluconeogenese 11.10.24 16 S F U M E D Gluconeogenese Pyruvat Carboxylase Phosphoenolpyruvat- Carboxykinase 11.10.24 17 S F U M E D Gluconeogenese Glucose-6-phosphatase nur in Leber, Nieren und Dünndarmzellen. 11.10.24 18 S F U M E D Glykolyse/Gluconeogenese 11.10.24 19 S F U M E D Glykogenstoffwechsel Glykogen ist die Speicherform der Glukose und wird aus einzelnen Glukosemolekülen aufgebaut. Die Leber kann Glukose insulinunabhängig aufnehmen und in Glykogen umwandeln, da zum Zeitpunkt der Nahrungsaufnahme genügend Nährstoffe vorhanden sind. Zu einem späteren Zeitpunkt kann die Leber aus dem Glykogenspeicher wieder freie Glucose abspalten und in die Blutbahn abgeben. Der Muskel nimmt die Glucose aus dem Blut insulinabhängig auf. Wenn der Energiebedarf gedeckt ist, wird Glucose als Glykogen gespeichert. Bei Bedarf wird Glykogen zu Glucose-6-phosphat abgebaut. Der Muskel kann diese nicht weiter zu freier Glucose umwandeln. 11.10.24 20 S F U M E D Aufbau von Glucose aus Lactat (Corizyklus) Lactat wird vom Muskel in größeren Mengen produziert, wenn er Arbeit leistet und in einen anaeroben Zustand gelangt. In diesem Fall wird das Pyruvat aus der Glykolyse in Lactat umgewandelt und so NADH wieder reoxidiert. Dies ist notwendig, da der für die Atmungskette benötigte Sauerstoff im Muskel nicht zur Verfügung steht (anaerob) und so NADH nicht über die Atmungskette regeneriert werden kann. Lactat -> Leber -> Gluconeogenese - > Glucose -> Muskel Diesen Kreislauf des Lactats zwischen Muskel und Leber nennt man Corizyklus. 11.10.24 21 S F U M E D Lactat Dehydrogenase (LDH) Glykolyse: Glucose + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi → 2 Pyruvat + 2 NADH + H+ + 2 ATP + 2 H2O Tetramer Pyruvat Milchsäure 11.10.24 22 S F U M E D Wechselwirkung von Glykolyse und Gluconeogenese während eines Sprints 11.10.24 23 S F U M E D Alkoholabbau Acetaldehyd -> toxisch Acetaldehyd -> Acetat -> Acetyl-CoA 11.10.24 24 S F U M E D Feedback https://www.feedbackr.io Code: HCDGI 11.10.24 25