Metabolismus, Aminosäuren und Nukleotide PDF

# Metabolismus Metabolismus = Katabolismus + Anabolismus => Katabolismus = Stoffwechselwege zum Abbau von organischen Verbindungen => Anabolismus = Stoffwechselwege zum Abbau von organischen Verbindungen ## Katabolismus - Energiegewinnung - Substrate - Produkte - ATP - Protonenmotorische Kraft ##...

# Metabolismus Metabolismus = Katabolismus + Anabolismus => Katabolismus = Stoffwechselwege zum Abbau von organischen Verbindungen => Anabolismus = Stoffwechselwege zum Abbau von organischen Verbindungen ## Katabolismus - Energiegewinnung - Substrate - Produkte - ATP - Protonenmotorische Kraft ## Anabolismus - Energieverbrauch - Monomere - Makromoleküle und andere ### Monomere - Bausteine der Polymere - Werden vom Organismus aufgenommen oder synthetisiert - Energie für den Anabolismus wird durch ATP/ protonenmotorische Kraft bereitgestellt, erzeugt durch Katabolismus ### Wachstum - Assimilation, Biosynthese - Zwangsläufig an Katabolismus (Dissimilation, Mineralisierung) organischer Substanzen gekoppelt - Bakterien gewinnen aus dem Abbau organischer Substanzen Energie, die zum Aufbau neuer Biomasse erforderlich ist. - Ausnahme: lithotrophe Organismen, die ihre Biomasse aus anorganischen Vorstufen aufbauen können. ## Anabolismus - Synthesestoffwechsel: Aufbau von Polymeren aus niedermolekulare Intermediärstoffwechsel mit Hilfe von Energie - vier Ebenen: - Bildung von Vorstufen und Reduktionsäquivalente - Monomere - Makromolekül - Zielstrukturen ## 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 versch. Rkt. und komplizierte Regulationsmechanismen existieren. - **Konvergenter Katabolismus**: alle verwerteten Substrate werden einigen wenigen Stoffwechselprozessen zugeführt. # Schritte 1. Aufnahme von Spurenelemente, Zucker, AS, FS etc. durch Bakterienzelle (Aufnahme über die Membran) 2. Synthese zu größeren Monomere, z.B. - Thymin, Adenin, Guanin (Bestandteile der DNA und RNA) - FS, Glycerol (Fette z. B. in Membran) - Aminosäuren (Aufbau von Peptiden und Proteinen) - NAF, NAM (zum Aufbau von Peptidoglykanen) # Zucker und Polysaccharide - Polysaccharide = 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) C2, C3, C4, C5, Verbindungen - Glucose oder Glucosederivat - Ribose oder Desoxyribose ## Zitronensäurezyklus - Oxalacetat ## Gluconeogenese - Neusynthese von D-Glucose (Hexose) aus organischen Nicht-Kohlenhydratvorstufen (Pyruvat, Oxalacetat, Dihydroxyacetonphosphat) - (Umkehrung der Glykolyse) - Phosphoenolpyruvat = Zwischenprodukt der Glykolyse und dient als wichtiges Ausgangsprodukt in der Gluconeugenese ## Von Glucose zum Glykogen - Glucose-6-P (Phosphatgruppe am C6-Atom) - Phosphoglucomutase umgelagert mit Hilfe des Enzyms Glucose-1-P ## Aktivierung des Zuckers - Aktivierung des Glucose-1-P durch Uridintriphosphat (UTP): Abspaltung des gamma- und beta-Phosphats -> großer freiwerdender Energiebetrag - Entstehung der aktivierten UDP-Glucose: Baustein der Glykogensynthese ## UDPG - "aktivierte Zucker" - Schlüsselmolekül in der Transormation in andere Zucker - Sehr energiereich - Wirkt auch v.A. an der Biosynthese von Glucosederivaten mit, wie N-Acetylglucosaminsäure ## Glykogen - Energiereiche Verbindung, das die Glykosyl-Einheit an einen Glykogenstran hängen kann, ohne dass eine Energiezufuhr nötig ist. - Herstellung in Baktieren als Reserve ## Biosynthese der Pentosen - Glucose-6-P - Ribulose-5-P + CO2 - Ribose-5-P ## Ribonucleotide - Ribonucleotidreduktase - Desoxyribonucleotide ## Pentosenphosphatweg - Pentosen entstehen durch die Abspaltung eines Kohlenstoffatoms (CO2) von einer Hexose: Decarboxylierung -> Ribulose-5-P - Ribose-5-phosphat= Vorstufe für Synthese von Nucleotiden und Nucleotidcoenzymen wie FAD/ NADH - Ribonukleotidreduktase: wandelt Ribose durch die Reduktion des 2'-Kohlenstoffs des Ringes in Desoxyribose um. ## Pentosen - Ribonukleotidreduktase wandelt Ribose durch die Reduktion des 2'-C des Rings in Desoxyribose um. - => 2-Desoxyribose mit H-Atom am 2'-C # Aminosäuren - Aminosäuren besitzen als funktionelle Gruppe immer eine Carboxylgruppe und eine Aminogruppe, die neben einem H-Atom und einer variablen Seitenkette an ein zentrales C-Atom gebunden sind. - Grundbausteine: - Adanin - Glycin <br> ## Eigenschaften - Hydrophob: Rest für sich allein betrachtet wäre nicht wasserlöslich - Hydrophil: Rest enthät eine wasserlösliche Gruppe - Sauer: Rest enthält eine saure Gruppe, die ein H+-lon abgeben kann - Basisch: Rest enthält eine basische Gruppe, die ein H+-Ion aufnehmen kann - Aromatisch: Rest enthält ein Phenylring (Benzolring) ## Aminosäure-Synthese aus Zwischenprodukten - Bakterien synthetisieren alle AS. - Menschen synthetisieren nicht alle AS, Rest Aufnahme durch Nahrung - Kohlenstoffskelett der meisten AS stammt entweder aus dem Zitronensäurezyklus, Glykolyse oder Pentosephosphatweg. - Synthese versch. AS innerhalb einer Familie erfordert häufig viele getrennte, enzymatisch katalysierte Schritte, die mit der Eltern-AS beginnen. - Z.B. Alanin als Vorläufer für Valin und Leucin - Alpha-Ketoglutarat - Glutamat-Familie - Prolin - Glutamin - Arginin - Zitronensäurezyklus - Oxalacetat - Aspartat-Familie - Asparagin - Lysin - Methionin - Threonin - Isoleucin - Glykolyse - Pyruvat - Phospho-enolpyruvat - Alanin-Familie - Valin - Leucin - Serin-Familie - Glycin - Cystein - Chorismat - Erythrose-4-P - Aromatenfamilie - Phenylalanin - Tyrosin - Tryptophan - Ribose 5-P - Histidinol - Histidin ## Biosynthese von AS: Vorstufen aus dem Citronensäurezyklus - Z.B. Pyruvat im Zitronensäurezyklus - Vorstufe: alpha-Ketoglutarate - Entstehung von Glutamat aus dem Glutamat: Glutamin, Prolin und Arginin - Alpha-Ketoglutarate - Glutamate - Glutamine - Proline - Arginine - Pyruvate - Citrate - Oxaloacetate - Alpha-Ketoglutarate - Aspartate - Glutamate - Asparagine - Methionine - Threonine - Lysine - Isoleucine - Glutamine - Proline - Arginine - 3-Phosphoglycerate - Serine - Glycine - Cysteine # Nukleotide ## Grundlagen - Aufbau - Pentose - verbunden mit Purine oder Pyrimidine - mit Phosphatgruppe - Bedeutung der Nukleotide - Ausgangssubstanz für DNA und RNA - Chemisch. Energiespeicher - Kofaktoren von NAD, FAD, CoA - UDP Glucose - etc. ## Phosphate - Purine or pyrimidine base - Pentose ## Pyrimidine und Purine - Pyrimidine - sechsgliedrige heterocyclische aromatische organische Verbindung mit zwei Stickstoffatome - Purine - heterobicyclische aromatische organische Verbindung mit vier Stickstoffatomen ## Nukleotid-Biosynthese: Vorläufer des Purinskeletts - Komplexer Vorgang, der Schritt für Schritt aus versch. Kohlenstoff- und Stickstoffquellen zusammengesetzt wird. ## Vorläufer der Pyrimidine - Ausgangsstoff ist Aspartat, das an Carabomyl-Phosphat bindet. - Vorläufer Orotsäure: - Asparaginsäure ## Ribonukleotide - Adenylate (adenosine 5'-monophosphate) A, AMP - Adenosine - Guanylate (guanosine 5'-monophosphate) G, GMP - Guanosine - Uridylate (uridine 5'-monophosphate) U, UMP - Uridine - Cytidylate (cytidine 5'-monophosphate) C, CMP - Cytidine ## Desoxyribonukleotide - Deoxyadenylate (deoxyadenosine 5'-monophosphate) A, dA, DAMP - Deoxyadenosine - Deoxyguanylate (deoxyguanosine 5'-monophosphate) G, dG, dGMP - Deoxyguanosine - Deoxythymidylate (deoxythymidine 5'-monophosphate) T, dT, dTMP - Deoxythymidine - Deoxycytidylate (deoxycytidine 5'-monophosphate) C, dC, dCMP - Deoxycytidine