Biochemie Lernbogen PDF

# Biochemie ## Lernbogen ### Isomerie * Konstitutionsisomerie * Stereoisomerie * Konformationsisomerie * Konfigurationsisomerie * Enantiomere - Bild Spiegelbild * Diastereomere - Isomere, die keine Enantiomere sind, z.B. cis-trans-Isomere * Konformere - Rotamere ### A...

# Biochemie ## Lernbogen ### Isomerie * Konstitutionsisomerie * Stereoisomerie * Konformationsisomerie * Konfigurationsisomerie * Enantiomere - Bild Spiegelbild * Diastereomere - Isomere, die keine Enantiomere sind, z.B. cis-trans-Isomere * Konformere - Rotamere ### Atombindung * Ionenbindung - Elektronenübertragung * Kovalente Bindung - Stabile Verknüpfung zweier Atome ("Teilen der Elektronen") * Nichtkovalente Bindung - Leicht reversible, elektrostatische Wechselwirkung ### Wasser * Wasserstoffbrücken -> Peptide (polypeptide) * Hydroxyl Gruppe - Alkonol, Wasser * Carbonyl Gruppe - Ketone, Wasser * DNA (Thymin, Adenin) ### Als Lösungsmittel 1. Geladene Teilchen -> Wassermoleküle bilden eine Hydrathülle um z.B. Chlor zu lösen 2. Unpolare Moleküle -> Lagern sich Wassermoleküle dazwischen 3. Hydrophobe Wechselwirkungen -> Cluster -> hydrophobe Micellen lagern sich zusammen (Fetttröpfchen) ### Grund Van der Waals Wechselwirkungen zwischen den Molekülen -> Wasserhydrat-Hülle wird aufgelöst -> Entropie des Wassers steigt # Biomoleküle ## Enzyme * Ermöglichen endergonen Reaktionen durch Kopplung mit exergonen Reaktionen * Erniedrigen die Aktivierungsenergie ("Aufteilen der Reaktion in Teilschritten") * **Michaelis-Menten** * Zusammenhang zwischen Konzentration und Geschwindigkeit * Wenig Substrat - Reaktionsgeschwindigkeit langsam -> weil Enzym-Moleküle nicht gesättigt sind * Viel Substrat - Reaktionen schnell, erreichen Substratsättigung * KM-Wert = Substrat Konzentration, halbe Geschwindigkeit gemessen (universeller Kennwert) ## Allosterische Regulation * **Prinzip:** * **Bindungsstelle Modulator** * **Bindungsstelle Substrat** * Modulator verändert die Bindungsstelle des Enzyms (aktives Zentrum verändern) * **Prinzip auf unser Diagramm:** * **Positiver Modulator:** affiner, sigmoidalen Kurvenverlauf (links) * **Kein Modulator:** kein Einfluss, sigmoidaler Kurvenverlauf * **Negativer Modulator:** weniger affin als Substrat (rechts) ## Kooperativität * Moleküle aus mehreren Untereinheiten - die sich gegenseitig beeinflussen, z.B. Hämoglobin * High Affinity * Low Affinity ### Kohlenhydrate * Monosaccharide - z.B. Glucose * Disaccharide - z.B. Lactose * Trisaccharide - z.B. Raffinose * Oligosaccharide - z.B. Heparin * Polysaccharide - z.B. Stärke, Glykogen ### Ringschluss der Monosaccharide * **D-Glucose (Bildung eines Halbacetals)** * α-D-Glucopyranose * β-D-Glucopyranose ### N-Glykosylierung * **Proteine (N- und O-Glykosylierung)** * **Verwendung, Verknüpfung:** * Modifizierung * Serin * Threonin * cytoplasmatisch * nukleoplasmatisch * lumenal * extrazellulār ### Modifizierung * **Asparagin** * **Homoglykane** * Gleiche Monomere aufgebaut * **Heteroglykane** * Verschiedene Monomere aufgebaut * Verzweigt oder unverzweigt # Biomoleküle - Lipide, Biomembran ## Fettsäuren * Carboxylgruppe * Hydrophobe Kohlenwasserstoffkette (amphiphil) * Gesättigte Fettsäuren: keine Doppelbindungen * Ungesättigte Fettsäuren: 1 oder mehrere Doppelbindungen * Euk. in cis: Doppelbindung -> Knick, keine dichte Packung * Membran ## Membran * **Funktion:** * Chemisch-elektrisches Ungleichgewicht * Selektive Aufnahme und Abgabe * Erkennen von extrazellulären Materialien und Signalmolekülen * Semipermeabilität * **Membranlipide:** * Viele gesättigte Fettsäuren -> fest, stabil * Ungesättigte Fettsäuren -> flexibel * Cholesterol: * Unterbricht die Wechselwirkungen der Membranlipide * Fest, stabil * Eingeschränkte Mobilität * Verhindert Erstarren bei niedrigen Temperaturen * Erhöht mechanische Stabilität, Lipid Rafts (Bereiche, spezieller Lipide) * **Membranfluidität:** * Micelle * Bilayer * Vesikel ## Proteinzusammensetzung * Lipide: * Phospholipide * Sterolen * Shingolipide * Proteine * Membranproteine (integral, periphere) * Kohlenhydrate * Glykolipide * Glykoproteine # Woraus besteht die Membran? ## Vorlesung 2 ### Kohlenhydratstoffwechsel * Verbunden mit Aminosäuren, Lipiden, (Anabol), (-Acetyl-CoA, Citratzyklus, (Katabol), Glucose, (Energiest.), * Katabole und Anabole Reaktionen: * NAD(P)+ -> NAD(P)H * ADP -> ATP * Anabole Reaktion (Endergonic) * Katabole Reaktion (Exergonic) * Glucose als Ausgangspunkt * Ribose-5-phosphat ### Info: Glykolyse - fakultativ aerob * Benötigt keinen Sauerstoff * Kann unter aeroben/anaeroben Bedingungen ablaufen (ATP liefern) * Glucose -> 2 Pyruvat * Phosphorylase (Enzym für Glykolyse) * Entsteht aus Glykogen * **Hexokinase:** * Glucose -> Glucose 6-phosphat * Irreversible (energieverbrauchende) * Stark exergonisch ### Vorbereitungsphase Glykolyse * Fixierung von Glucose in der Zelle durch Phosphorylierung (irreversible) * Stark exergonisch * Pro Glucosemolekül werden 2 ATP verbraucht * Glucose -> Glucose 6-phosphat * Glucose 6-phosphat -> Fructose 6-phosphat * Fructose 6-phosphat -> Fructose 1,6-biphosphat * Fructose 1,6-biphosphat -> Glycerinaldehyd 3-phosphat + Dihydroxyacetonphosphat ### Ertragungsphase * 2 Triosen * Triosephosphat -> Glyceraldehyd 3-phosphat * **Oxidation:** * Aus der Aldehyd-Gruppe entsteht eine Carboxyl-Gruppe (stark exergonisch) * 2P + 2 NAD+ wird zu 2 NADH+2H+ * **1,3-Biphosphoglycerat:** * Phosphat wird auf ADP übertragen, ATP ensteht * **1,3-Biphosphoglycerat -> 3-Phosphoglycerat** * **3-Phosphoglycerat -> 2-Phosphoglycerat** * Wasser abgezogen * Entstehende Doppelbindung -> Phosphat besser abgespalten * **2-Phosphoglycerat -> Phosphoenolpyruvat** * **Phosphoenolpyruvat -> Pyruvat** * Zweite ATP-Entstehungsreaktion * Stark exergonisch ### Zusammenpassung * Endprodukt Pyruvat (2x3C) * Pro Glucosemolekül werden netto 2 ATP und 2 NADH+H+ generiert ### Neto: 2 ATP + 2 NADH+H+ ### Allosterische Regulation Glykolyse * Allosterische Regulation bei 1,3,10 (unumkehrbare Schritte) * Enzyme: Hexokinase, Phosphofructokinase-1, Pyruvat-kinase * Feedback-Mechanismus: * ATP, NADH - negative Regulatoren * Pi, AMP, ADP - positive Regulatoren * **Prinzip:** * Positive Regulatoren oft vorhanden, fehlt der Zelle Energie * **Beispiel:** * **Phosphofructokinase-1:** * gehemmt von ATP, Citrat * aktiviert vom AMP, ADP, Fructose-2,6-biphosphat ### Cory-Zyklus * Anaerobe Glykolyse im Muskel -> Laktatgärung * Muss statt finden ### Pasteur-Effekt * Hefe verbraucht unter anaeroben Bedingungen mehr Glucose als unter aeroben Bedingungen (gleichzeitig mehr Ethanol) * **Grund:** * Glykolyse liefert deutlich weniger ATP als der aerobe Stoffwechsel. * Mehr Glucose, damit mehr NAD+ zu regenerieren -> Laktat wird ans Blut abgegeben * Leber nimmt Laktat auf -> Oxidation zu Pyruvat -> Glucose wird ans Blut abgegeben -> Muskel nimmt Glucose wieder auf. ### Aerobe Glykolyse: Warburg Effekt * Tumorzellen nehmen ihre Energie glykolytisch auf (hohe Laktatgärung) * Tumore in hypoxischer Umgebung * Tumorzellen haben HIF-1 Faktor (Sauerstoffsensor) * Sauerstoffgehalt sinkt -> HIF-1 aktiviert, schaltet z.B. Glut 1/Hexokinase an -> Kapazität des Glykolyse-Betriebs steigt stark an * Tumorzellen sind unabhängig von der Sauerstoffverfügung, bleiben in ihrem hohen Glykolyse-Betrieb * Tumordiagnostik mit 2-Fluoro-2-deoxyglucose ### Gluconeogenese (Glykolyse umgekehrt) * Pyruvat -> Oxaloacetat * Oxaloacetat -> Phosphoenolpyruvat * Fructose 1,6-bisphosphat -> Fructose 6-phosphat * Glucose 6-phosphat -> Glucose ## Systemische Kontrolle des Glucosestoffwechsels durch Insulin und Glucagon * Hoher Glucosewert -> Insulin -> Glucoseti, Abbau von Glykogen gehemmt, Glykogensynthese aktiviert * Niedriger Glucosewert -> Glucagon -> Glucoseti, vermehrter Abbau von Glykogen, Glykogensynthese gehemmt # Pentosephosphatweg * **Oxidativer Teil:** * Glucose 6-phosphat -> 6-Phosphogluconat * Erzeugung von NADPH * Pentosen (Nukleotid-Biosynthese) * **Nicht-oxidativer Teil:** * Ribulose 5-phosphat * **Bilanz:** * Glucose + 2 ADP + 2Pi + 2 NAD+ -> 2 Pyruvat + 2 ATP + 2 NADH + H+ + 2 H2O ### Allosterische Re. Metabolisierung (Ribulose 5-phosphat) * Eigene Feedback-Regulation (viel NADPH, negative Wirkung auf die eigene Entstehung) * Gleichzeitig benötigt viel NADPH, NADP+ hat positive Wirkung bei G6PDH ### **Koordination:** * Ausgewogener Bedarf an Ribose 5-phosphat und NADPH * Beschreitung des oxidativen Pentosephosphatweges * Mehr Ribose-5-P. benötigt als NADPH -> Beschreitung der Glykolyse, um aus 3 und 6 Zucker Ribose-5-P. zu erhalten (Transketolase, Transaldolase) * Mehr NADPH benötigt als Ribose-5-P. -> Beschreitung des oxidativen Weges (Ribose wird über Transketolase-Aldolase recycelt) * Durchläuft ebenfalls die Glykolyse * NADPH+H+ + ATP benötigt * Gleiches Prinzip: aber Glykolyse wird betrieben, wenn niedriger ATP-Bedarf besteht # 3. Vorlesung: Aerobe Energiegewinnung - Mitochondrien ## Mitochondrium: * Äußere Membran: permeable für kleine Moleküle/Ionen * Innere Membran: nicht permeabel für kleine Moleküle/Ionen (H+) * **Beispiel:** ADP-/ATP-Translocase * Matrix: beinhaltet DNA, Ribosomen, ATP, ADP, Mg2+, Ca2+, K+ * Aminosäure-Oxidation, Pyruvatdehydrogenase-Komplex ### CoA (Bestandteile): * Nukleotid * Phosphoadenosindiphosphat * **Stellt Acetyl-CoA her** * **Katabol** (Abbau) und **Anabol** (Synthese) -> amphiler Stoffwechsel ### Citrat-Zyklus * **Matrix** * **Anaplerotische Reaktion** - Versorgung des Citratzyklus * **Oxaloacetat** -> Citrat -> Cis - Aconitate -> Isocitrat -> α-Ketoglutarat -> Succinyl-CoA -> Succinat -> Fumarat -> Malat -> Oxaloacetat * **Citrat** wird dehydriert * **cis-Aconitate** wird hydriert * **Isocitrat** -> α-Ketoglutarat: Oxidoreaktion (Abnehmer von NAD+) * **α-Ketoglutarat -> Succinyl-CoA** - Decarboxylierung, Oxidoreaktion (Abnehmer von NAD+) * **Succinyl-CoA -> Succinat:** Decarboxylierung - Energie wird abgespalten, abgegebene Energie wird in GTP umgewandelt (Succinyl-CoA-Synthetase) * **Succinat -> Fumarat: ** Dehydrogenase - Dehydrieren (Elektronen weg, Doppelbindung da) * **Fumarat -> Malat:** Fumerase - Hydrierung * **Malat -> Oxaloacetat:** Malat-Dehydrogenase ### Regulation Citratzyklus: * **ATP** hemmt den Citratzyklus * NADH, Acetyl-CoA, Succinyl-CoA hemmen den Citratzyklus * **Ca2+** aktiviert den Citratzyklus (Muskel) * AMP, ADP, P, NAD+ fördern den Citratzyklus ## Elektronentransport-kette (innere Membran) * **Komplex I:** NADH-Ubiquinone-Reduktase * NADH+H+ wird oxidiert * **Komplex II: ** Succinat-Dehydrogenase * Dehydrieren (Elektronen weg, Doppelbindung da) * **Komplex III:** Cytochrom bc1-Komplex * Protein-Cyt-übertragen * **Komplex IV:** Cytochrom-c-Oxidase * Übertragen von Elektronen auf den Sauerstoff * 2H+ + ½ O2 -> H2O ### Atmungskette: * Komplex 1, 3 und 4 haben Protonenpumpen (Matrix -> Intermembran), wodurch sich ein elektrochemischer Gradient bildet. * 20 Elektronencarrier * Elektronenfluss (NADH) * **ATP-Synthase:** * Antiporter transportiert ADP in die Matrix, ATP in die Intermembran-Seite * Symporter transportiert Pi in die Matrix * **Wie gelangt NADH von der Glykolyse in das Mitochondrium?** * Malat-Aspartat-Shuttle (umgekehrte Redoxreaktion) Leber, Niere * Glycerin-3-phosphat-Shuttle (liefert Elektronen an Komplex 2, Succinat.) * **Bilanz pro Acetyl-CoA:** * 1 (GTP) = ATP * 3 NADH+ H+ * 1 FADH2 * 2 Kohlenstoffatome werden rein * 2 Kohlenstoffe werden als CO2 raus ### Regulation des oxidativen P * **Förderung:** * ADP, Pi * **Hemmung:** * NADH (Zelle voll, hemmt) * NAD+ (noch Platz, fördert) * ATP * Prozesse (Isocitrat, α-ketoglutarat usw.) * **Entkopplung der Atmungsketten-Energie** * UCP1, ohne ATP-Synthase * In Mitochondrien gibt es Kanäle (Thermogenin), wo Protonen zurückfließen können. * Diese Energie = Hitze! (braunes Fettgewebe) # Photosynthese * **Prinzip:** * Licht erscheint * Chlorophyll * Chlorophyll wird angeregt durch die Lichtenergie * Freigesetzte Elektronen kommen in die Elektronenkaskade. * Protonengradient * Übertragung in der Elektronenkaskade * Wiederholung des Prozesses * Elektronentransport-Kette * NADP+ wird zu NADPH * zyklischer Elektronenfluss, * Trennung von NADPH und Protonengradienten ### Chloroplasten * Eigene DNA * Endosymbiontischer Ursprung * Absorption von Energie (Elektronen des Chlorophylls (angeregt) auf Elektronen-Akzeptor übertragen) * **Prinzip** - Photoinduzierte Ladungstrennung (Donor oxidiert, Akzeptor reduziert) * **Pigmente:** * Chlorophyll a * Chlorophyll b * Lutein * Phyocyanin * β-Carotin ### Kreislauf * Resonanz-Energietransfer -Elektronen gehen in angeregten Zustand - Energie wird übertragen * **Ursprüngliches Elektron erreicht Grundzustand:** * Übertragung, bei der der Energiezustand eines Moleküls durch nicht-kovalente Wechselwirkungen auf ein anderes übertragen wird. ## 4. Vorlesung: Fettabbau * **Nahrungsfette im Duodenum:** * Emulgiert durch Gallensalze -> Von Lipasen in Glycerin und Fettsäuren gespalten * Fettsäuren von Darmschleimhaut aufgenommen * In Triacylglyceride konvertiert zusammen mit Cholesterin/Apoliproteine in Chylomicronen verpackt * Transportiert * **Chylomicronen werden von Blut/Lymphsystem transportiert** * **Mobilisieren von Speicherfetten:** * Lipoprotein Lipase bewirkt Spaltung Triacylglyceride, Fettsäuren werden aufgenommen * Muskeln, Energiegewinnung, Fett = Speicherfett ### Zwolffingerdarm (Duodenum) * **S-Zellen:** produzieren Sekretin (reguliert HCl-Produktion) * **Brunnersche Drüsen:** Schleimproduktion * **NaHCO3 Produktion** ### Pankreassekret * Neutralisierung des Nahrungsbreis * Verdauungsenzyme (Proteine werden denaturiert) * **Glucagon/Noradrenalin** signalisieren Energiebedarf -> Aktivierung der **hormon-sensitiven Lipase** * **Hormon-sensitive Lipase** spaltet Triacylglycerin in Glycerin und Fettsäuren * Fettsäuren treten ins Blut -> binden an Albumin (Transport) * Fettsäuretransporter nehmen Fettsäuren auf -> Energiegewinnung ### Fettsäurentransport in Mitochondrien * Fettsäuren an Carnitin gebunden (Carnitine Acyltransferase 1) * Transport in Mitochondrium – Fettsäuren werden von Carnitin gelöst (Carnitine Acyltransferase 2) ## Beta-Oxidation * **Palmitinsäure C16:** 7 NADH+H+, 7 FADH2, 8 Acetyl-CoA (Citratzyklus) * **Palmitinsäure wird an CoA gebunden** * **Doppelbindung einführen** * **Carbonylgruppe hinzufügen** * **Elektronen abziehen** -> FADH2 entsteht * **Addition von Wasser** * **Doppelbindung wird aufgelöst** * **Hydroxyl-Gruppe oxidolieren** -> NADH+H+ entsteht ### Insgesamt pro Schritt: * **Carbonylgruppe hinzufügen** * **Kohlenstoffatome abziehen** ## Regulation der Fettsäurensynthese ### Intrazellulär: * Aktivität Carnitine Acyltransferase 1 gehemmt durch Malonyl-CoA * Veresterung durch Carnitine Acyltransferase 1 (äußere/innere Membran) * Transport in Mitochondrium - Fettsäuren werden von Carnitin gelöst (Carnitine Acyltransferase 2) ### Systematisch: * Hoher Glucose-Spiegel im Blut -> Insulin -> aktiviert den Schrittmacher * Niedriger Glucose-Spiegel -> Glucagon -> blockiert Schrittmacher * Malonyl-CoA entsteht nicht ## Warum ist der Magen sauer? * HCl-Sekretion * Belegzellen mit Pumpe, die Protonen nach außen pumpt * Kalium kommt nach innen, Chlorid auch (durch Carboanhydrase) * Pepsinogen * Haup * Pepsin wird durch Pepsinogen aktiviert (autokatalytische Spaltung) ## Zymogene * Proteolytische Prozessierung: * Proproteine = inaktive Vorstufe * Trypsinogen -> Enteropeptidase -> Trypsin * Aktivierungs-Proenzyme * Dünndarm * Zotten, damit Oberfläche vergrößert ist * Becherzellen - Schleim * Enterozyten (Saumzellen mit Mikrovilli) * **Proteine aufnehmen:** * Aminosäuren * Oligopeptide * **Aminopeptidase** * Tripeptide * **Dipeptidase** ## Abbau zellularer Proteine * Extrazelluläre Proteasen * Intrazelluläre Proteasen * Cytoplasmatische * ER-Proteine * Zellorganellen * Endocytose, Lysosomale proteasen * Sezernierte Matrix-Metalloproteinasen * **Abbau:** * Proteasom * Rücktransport in das Cytoplasma * Autophagie ## Ketonkörper im Hungerstoffwechsel * **Genauer:** * Isopeptid-Bindung zwischen C-Terminus (Gly) des Ubi und Lysin des Zielproteins * Cytoplasmatisches Proteasom-System: * Proteine werden mit Ubiquitin markiert * Isopeptid-Bindung zwischen Ubiquitin und C-Terminus des nächsten Ubiquitins * 4 bis 8 Ubi-Reste werden als kontinuierliche Kette angehängt (Polyubiquitinierung) * Abbau mit dem Proteasom: * Transkription, Signalkaskaden usw. * Bildung von Organen, Entzündungsantwort, Zellzykluskontrolle, Cholesterinstoffwechsel * **Wichtige Funktionen:** * **Mobilisiert Fettsäuren aus dem Fettgewebe -> liefert Fettsäuren * Aktiviert Autographie der Muskeln (proteasomale Degradation) -> liefert Aminosäuren * Leber: Abbau von Fettsäuren/Aminosäuren in Acetyl-CoA * Leber selbst teilweise verwenden, um über den Citratzyklus Energie zu gewinnen * Leber: Ketonkörper werden erschaffen (großteil wird hier für verwendet) * Wichtig: Brauchen bestimmten Glucose-Blutspiegel (Herz/Hirn) * Gluconeogenese -> Glucose (Leber) ## Aminosäurestoffwechsel **Grundlegende Mechanismen:** * Kataboler und Glucagener Abbau * **Ketokörper:** * Val-Glucose (Bildung) * Bildung von Oxiak * **Ammoniak:** * Harnstoffzyklus * **Entsorgung des Ammoniaks = Harnstoffzyklus** * **Aminosäuren generieren durch Nahrung:** * Abbau in Kohlenstoffskelette und NH3 * Gewinnung * Biosynthese von Aminosäuren * **Carbamoylphosphat** wird an Ornithin gekoppelt -> es entsteht Citrullin * **Citrullin** wird aus dem Mitochondrium transportiert (Ornithin rein, Citrullin raus) * **Citrullin** reagiert mit Aspartat -> Argininosuccinat (Grundgerüst Harnstoff) * **Aspartat** wird als Fumarat abgespalten -> entsteht Arginin * **Arginin** wird Harnstoff abgespalten * Bindung wird hydrolysiert * Wiederholung am Citratzyklus ### **Prinzip:** * **Carbamoyl-phosphat** wird an Ornithin gekoppelt * **Citrullin** wird aus dem Mitochondrium transportiert (Ornithin rein, Citrullin raus) * **Citrullin** reagiert mit Aspartat -> Argininosuccinat (Grundgerüst Harnstoff) * **Aspartat** wird als Fumarat abgespalten -> entsteht Arginin * **Arginin** wird Harnstoff abgespalten * Bindung wird hydrolisiert * Wiederholung am Citratzyklus gebunden ### Stickstoff: * Ständiger Abbau des Citratzyklus * Transaminierung und Desaminierung (übertragung) * Ausscheidung von Stickstoff (Harnsäure, Harnstoff, Ammoniak) ### Transaminierung: Übertragung der Aminogruppe * **Beispiel:** * α-Aminosäuren + α-Ketosäure -> α-Ketosäure + α-Aminosäure * **Alanin** + α-Ketoglutarat -> **Pyruvat** + **Glutamat** * **Aspartat** + α-Ketoglutarat -> **Oxalacetat** + **Glutamat** **Katalysiert durch Transaminasen** * NADH + NH3 (Ammoniak) -> NAD+ + H2O ### Desaminierung: * Ammoniak (NH3) * **Beispiel:** * Glutamat -> α-Ketoglutarat + NH3 * **Glutamin** -> Glutamat + NH3 ### Harnstoffzyklus: * 2 ATP Verbrauch * Hydrogencarbonat -> Carbamoylphosphat-Synthetase klebt es an Ammoniak (2 ATP Verbrauch) -> Carbamoylphosphat entsteht * Pyruvat + Glutamat -> alanin * Leber * Harnstoff ### Alanin-Zyklus * **Beispiel:** * **Muskelprotein** -> Alanin * **Alanin:** * Transaminierungsreaktion * Pyruvat entsteht * Aminosäure auf Glutamat * Desaminiert, also in den Harnstoffzyklus * **Glucose + Pyruvat** im Muskel * **Glutamat** liefert Gewebe-Stickstoff, Pyruvat geht aus dem Muskel * **Alanin** + **α-Ketoglutarat** -> **Pyruvat** + **Glutamat** * **Glutamin** kann direkt desaminiert werden * **Glutamin** -> **Glutamat** + **NH3** ### Blut * **Glucose** im Blut * **Alanin** im Blut * **Glutamat** liefert Gewebe-Stickstoff, Pyruvat geht aus dem Muskel * **Alanin** + **α-Ketoglutarat** -> **Pyruvat** + **Glutamat** * **Glutamin** kann direkt desaminiert werden * **Glutamin** -> **Glutamat** + **NH3** * **Alanin** zur Leber * **α-Ketoglutarat** geht zur Leber ### Leber * **Alanin** -> α-Ketoglutarat -> Glutamat * **Glucose** * **Citrat** * **Harnstoff** * **Glutamin** -> Mitochondrium * **α-Ketoglutarat** -> Glutamat * **Glutamin** -> Harnstoff ### Energienachschub aus Alanin-Zyklus: * Erneute Abspaltung der Aminogruppe, 2 Aminosäuren werden netto ins Blut abgegeben ### Entgiftung von Stickstoff in der Harnstoffzyklus ### Entsorgung des gespeicherten Stickstoffs: * Ausschüttung des Harnstoffs # Caluin-Zyklus, 5. Vorlesung ### Ort: Stroma Chloroplasten **Prinzip:** * Fixierung von CO2 durch Bindung * **Enzym:** Ribulose-1,5-bisphosphat-Carboxylase ### Verwendung des assimilierten Kohlenstoffs: * **Zwei Wege:** * Betreibung der Gluconeogenese, um Stärke zu erhalten (Chloroplast) * 3-fach-Zucker aus Chloroplasten exportieren - eigener Energiebedarf im Cytoplasma, um Gluconeogenese durchzuführen ### Wichtig: - Eigener Energiebedarf ### Ribulose 1,5-bisphosphat -> 3-Phosphoglycerat **Prinzip:** * Reduktion von Phosphoglycerat * Umwandlung in Hexosen und Ribulose-biphosphat ### 3-Phosphoglycerat -> Glycerinaldehyd 3-phosphat **Prinzip:** * Regeneration von Ribulose 1,5-biphosphat * Umkehrung des nicht-oxidativen Pentosephosphatweges ### Bilanz: * 6 CO2 + 18 ATP + 12 NADPH + 12 H+ -> C6H12O6 + 18 ADP + 18 Pi + 12 NADP+ + 6 H2O ### Aminosäuremetabolismus * **Ort:** Cytosol * **Verwendung** der Aminosäuren im Metabolismus: * Proteine * Amine (z.B GABA aus Glutamat) * Nukleotide * Häm (aus Succinyl-CoA und Glycin) ## Fettsäurensynthese ### Wichtig: * Malonyl-CoA ist ein allosterischer Regulator für die Carnitine Acyltransferase. * Verantworlich für die Bindung zwischen Fettsäuren und Carnitin -> damit sie ins Mitochondrium transportiert werden können. * **Malonyl-CoA-Hemmung** -> neu synthetisierte Fettsäuren werden nicht gleich im Mitochondrium abgebaut. ### Ort: Cytosol * **Enzym:** Acetyl-CoA Carboxylase (durch Carboxylierung von Acetyl-CoA, ATP-Verbrauch) * **Malonyl-CoA gebildet** * **Fatty Acid Synthase Komplex:** * **Funktion:** * Aufbau von Fettsäuren wird katalysiert (Acetyl-CoA -> Malonyl-CoA) * Speicherung von Energie * **Kondensation:** * Reaktive Thiolgruppen -> erste Thiolgruppe bindet an Acetyl-CoA * Zweite Thiolgruppe bindet an Malonyl-CoA + Acyl Carrier Protein * CO2 geht verloren, C4-Körper entsteht (2 Acetyl-CoA) * **Reduktion:** * Carbonylgruppe wird zu Hydroxylgruppe * NADPH+H+ wird reduziert * **Dehydration:** * Wasser abziehen, Doppelbindung entsteht * **Reduktion:** * Lösen der Doppelbindung durch Reduktion * NADPH+H+ zu NADP+ * erzeugt gesättigte Kohlenwasserstoffkette ### Regulation Fettsäurensynthese: **Systeme:** * **Energieüberschuss:** hoher Glucose-Wert im Blut, wodurch Insulin ACC katalysiert -> fördert Acetyl-CoA zu Malonyl-CoA (Acetyl-CoA-Carboxylase aktiviert) * **Energiebedarf:** niedriger Glucose-Wert im Blut, Glucagon hemmt ACC -> hemmt Acetyl-CoA-Carboxylase -> fördert Acetyl-CoA zu Malonyl-CoA ### NADPH Bereitstellung: * NADP+ -> NADPH + H+ * **Malat** -> **Pyruvat** + **CO2** (malic enzym) * **Glucose 6-phosphat** -> **Ribulose 5-phosphat** (Pentosephosphatweg) ### Aufnahme von Cholesterin * **Synthese** * LDL-Rezeptor im rauen ER * Synthetisiert und bewegt sich über den Golgi-Apparat zur Zellmembran * **Bindung:** * LDL-Rezeptor bindet an Apo-B-100 auf LDL-Partikeln, was Endocytose einleitet. * **Internalisierung:** * LDL wird im Endosomen internalisiert. * **Recyceln:** * LDL-Rezeptor wird in Vesikel segregiert, an der Oberfläche recycelt. * **Fusion:** * Endosomen mit lysosomalen Enzymen fusionieren * Lysosom fusioniert -> lysosmale Enzyme bauen ab: ApoB-100 und Cholesterylester ### Abbau * LDL-Rezeptor + LDL (Endocytose) -> lysosomale Enzyme bauen ab: ApoB-100 und Cholesterylester ### Krankheit durch "böses" Cholesterin: * **Artheriosklerose** und **Hypercholesterinämi**e * Wenn zu viel, bindet es sich an Lipoproteine, z.B. LDL * Entführung von polaren Gruppen * Verursacht Wechselwirkungen -> LDL-Partikel lagern sich an die Wände der Blutgefäße (Zwischenraum der Matrix) * Entzündungsreaktion durch Monocyten -> werden zu Makrophagen -> Makrophagen füllen sich voll -> platzen -> Prozess beginnt von vorne -> reicher Cholesterol-Plaque ### Woher kommt Acetyl-CoA? * Acetyl-CoA bereitgestellt durch Pyruvatdehydrogenase * **Problem:** Innere Mitochondriummatrix ist impermeabel für Acetyl-CoA * **Lösung:** * Citrat-Malat-Shuttle erweitert durch NADPH-abhängiges Malatenzym ### Regulation Fettsäurensynthese: **Intrazellular:** * Synthese von Palmitoyl-CoA löst Feedback-Hemmung auf ACC aus (Malonyl-CoA-Synthese gehemmt) * Citrat aktiviert ACC **Systematisch:** * Insulin -> fördert ACC * Glucagon und Adrenalin -> hemmen ACC ### **HMG-CoA-Reduktase** * **Funktion:** für Cholesterin-Synthese * **Regulation:** * ATP-Abbau, Aktivierung von AMPK -> Hemmung der HMG-CoA-Reduktase * **Insulin** und **Glucagon:** * Insulin: fördert HMG-CoA-Reduktase * Glucagon: hemmt HMG-CoA-Reduktase * **Oxysterol** stimuliert den Abbau der HMG-CoA-Reduktase und hemmt die rezeptorvermittelte Endocytose. * **Intrazelluläres Cholesterin** fördert ACAT (Veresterung für Transport) * **Statine** (Simvastatin, Lovastatin) hemmen HMG-CoA-Reduktase (Hypercholesterinämie) ### Kohlenhydratstoffwechsel * **Leber:** * **Prinzip:** Nehmen Glucose aus der Nahrung auf * **Glucose 6-Phosphat** * **Glykogen** speichern * **Wenn Glucose =** viel * **Krankheit durch** * "böses" Cholesterin: Artheriosklerose und Hypercholesterinämi * zu viel, bindet sich an Lipoproteine, z.B. LDL. * Entführung von polaren Gruppen * verursacht Wechselwirkungen -> LDL-Partikel lagern sich an die Wände der Blutgefäße