Metabolismus VO 6 PDF

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P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Metabolismus Metabolismus = Katabolismus + Anabolismus Anabolismus: Stoffwechselwege zum Aufbau von Zellmaterial Katabolismus: Stoffwechselwege zum Abbau von organischer Verbindungen P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Metabolismus Monomere sind die Bausteine der Polymere und müssen vom Organismus aufgenommen oder synthetisiert werden Die Energie für den Anabolismus wird durch ATP oder protonenmotorischer Kraft bereitgestellt P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Wachstum durch Anabolismus (Assimilation, Biosynthese) ist zwangsweise an Katabolismus (Dissimilation, Mineralisierung) organischer Substanz gekoppelt. Aus dem Abbau organischer Substanz gewinnen die Bakterien die Energie, die zum Aufbau neuer Biomasse erforderlich ist Ausnahme: lithoautotrophen Organismen, die ihre Biomasse aus anorganischen Vorstufen aufbauen können. P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Anabolismus Synthesestoffwechsel: Aufbau von Polymeren aus niedermolekularen Intermediärstoffwechselprodukten mit Hilfe von Energie Vier Ebenen des Anabolismus: Bildung von Vorstufen und Reduktionsäquivalenten Monomere Makromoleküle Zielstrukturen P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Vielfalt des Stoffwechsels Viele Bakterien sind in der Lage, mit einem einzigen einfachen Substrat zu wachsen: alle Zellbausteine können dabei aus einem einzigen Vorgängermolekül gebildet werden. Divergenter Anabolismus: etwa 2000 verschiedene Reaktionen und komplizierte Regulations- mechanismen existieren Konvergenter Katabolismus: Alle verwerteten Substrate werden einigen wenigen Stoffwechselprozessen zugeführt P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Anabolismus P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Zucker und Polysaccharide Polysaccharide sind Schlüsselbestandteile der Zellwände Zellen lagern häufig Kohlenstoff- und Energiereserven in Form von Polysacchariden (Glykogen, Stärke) ein Monomer-Untereinheiten von Polysacchariden sind Zucker aus 6 Kohlenstoffatomen (Hexosen) oder 5 Kohlenstoffatomen (Pentosen): Glucose oder Glucosederivate Ribose oder Desoxyribose P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Gluconeogenese: „Glykolyse in umgekehrter Richtung“ Neusynthese von D- Glucose (Hexose) aus organischen Nicht- Kohlenhydratvorstufen (Pyruvat, Oxalacetat, Dihydroxyacetonphosphat) Phosphoenolpyruvat ist ein Zwischenprodukt der Glykolyse und dient als wichtiges Ausgangs- produkt in der Gluconeogenese Umkehrung der Glykolyse in Teilen P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Von der Glucose zum Glykogen Glucose-6-P Glucose-1-P P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Aktivierung des Zuckers +PPi γ β α UDP-Glucose- Phosphorylase Glucose-1-P UTP UDP-Glucose „aktiviert“ Aktivierung des Glucose-1-phosphat durch Uridintriphosphat (UTP) Es entsteht die aktivierte UDP-Glucose: Baustein der Glykogensynthese P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG UDPG: „aktiviertes Zucker“ Glucose UDPG Uracil Uridindiphosphoglucose Ribose Schlüsselmolekül in der Transformation von Glukose in andere Zucker UDPG wirkt vor allem an der Biosynthese von Glucosederivaten mit, wie N-Acetylglucosaminsäure P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Glykogen UDPG ist eine so energiereiche Verbin- dung, das die Glykosyl- Einheit an einen Glykogenstrang hängen kann, ohne dass eine weitere Energiezufuhr nötig ist. ΔG°= -13.7 kJ/mol P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Biosynthese der Pentosen: Pentosephosphatweg Pentosen entstehen durch die Abspaltung eines Kohlenstoffatoms (CO2) von einer Hexose: Decarboxylierung Ribose-5-phosphat ist eine Vorstufe für die Synthese von Nucleotiden und Nucleotidcoenzymen wie FAD oder NADH Ribonukleotidreduktase wandelt Ribose durch die Reduktion des 2´- Kohlenstoffs des Rings in Desoxyribose um P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Pentosen P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Aminosäuren Aminosäuren besitzen als funktionelle Gruppe immer eine Carboxylgruppe und eine Aminogruppe, die neben einem Wasserstoffatom und einer variablen Seitenkette an ein zentrales C- Atom gebunden sind Grundbausteine der Proteine Amino- Carboxyl- ende ende P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Aminosäuren P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Aminosäuren Hydrophob: Rest für sich allein betrachtet wäre nicht wasserlöslich Hydrophil, weil der Rest ein wasserlösliche Gruppe enthält Sauer, weil im Rest eine saure Gruppe enthalten ist, die ein H+-Ion abgeben kann Basisch, weil im Rest eine basische Gruppe enthalten ist, die ein H+-Ion aufnehmen kann Aromatisch, weil der Rest z. B. einen Phenylring (= Benzolring) enthält P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Aminosäure-Synthese aus Zwischenprodukten Bakterien synthetisieren alle Aminosäuren Menschen synthetisieren die roten Aminosäuren nicht P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Aminosäure-Synthese aus Zwischenprodukten Kohlenstoffskelett der meisten Aminosäuren stammt entweder aus dem Zitronensäurezyklus, Glykolyse oder Pentosephosphatweg Die Synthese verschiedener Aminosäuren innerhalb einer Familie erfordert häufig viele getrennte, enzymatisch katalysierte Schritte, die mit der Eltern- Aminosäure beginnen P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Biosynthese von Aminosäuren: Vorstufen aus dem Citronensäurezyklus P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Biosynthese von Aminosäuren: Metabolische Vorstufen P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Molekularer Aufbau der Nukleotide P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Bedeutung der Nukleotide Ausgangssubstanz für DNA und RNA Chemischer Energiespeicher Kofaktoren von NAD, FAD, CoA UDP Glucose ……………….. P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Pyrimidine und Purine sechsgliedrige heterocyclische heterobicyclische aromatische aromatische organische organische Verbindung mit Verbindung mit zwei vier Stickstoffatomen Stickstoffatomen P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Nukleotid-Biosynthese Die Vorläufer des Purinskeletts Komplexer Vorgang, die Schritt für Schritt aus verschiedenen Kohlenstoff- und Stickstoffquellen zusammengesetzt werden P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Nukleotid-Biosynthese Die Vorläufer der Pyrimidine Ausgangsstoff ist Aspartat, das an Carbamoyl-Phosphat bindet Vorläufer: Orotsäure P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Ribonukleotide P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Desoxyribonukleotide