Vorlesung: Kohlenhydrate PDF

Vorlesung: Kohlenhydrate Prof. Dr. Thomas Becker  Kohlenhydrate Strukturen und Reaktionsmöglichkeiten von Mono-, Di- Oligo- und Polysacchariden Glycolyse Stoffwechsel der Fructose Stoffwechsel der Galactose Gluconeogenese Glycogenstoffwechsel Pentosephosphatweg Citratzylcus Die ze...

Vorlesung: Kohlenhydrate Prof. Dr. Thomas Becker  Kohlenhydrate Strukturen und Reaktionsmöglichkeiten von Mono-, Di- Oligo- und Polysacchariden Glycolyse Stoffwechsel der Fructose Stoffwechsel der Galactose Gluconeogenese Glycogenstoffwechsel Pentosephosphatweg Citratzylcus Die zentrale Bedeutung des Glucose-6-phosphats  Pentosephosphatweg 2 Teilabschnitte: Oxidativer und nicht-oxidativer Abschnitt Oxidativer Abschnitt: Bildung von NADPH + H+ und Ribulose-5-Phosphat Nicht-oxidativer Abschnitt: Isomerisierung Ribulose-5-Phosphat zu Ribose-5-Phosphat oder weitere Umwandlung zu Glycerinaldehyd-3-Phosphat und Fructose-6-Phosphat  Exkurs NADPH versus NADH NADPH + H+ ist ein Reduktionsmittel bei Biosynthesen (z.B. von Fettsäuren, Steroidhormone) Anabolismus NADH + H+ entsteht bei der Glycolyse und im Citratzyklus und wird in der Atmungskette oxidiert Katabolismus  Oxidativer Teil des Pentosephosphatwegs Abb. 14-7: Löffler, Müller Animation: P.C. Heinrich, P. Freyer aus Heinrich, Müller, Graeve 2014 © Springer  Oxidativer Teil des Pentosephosphatwegs NADPH+H+ für Synthese von Fettsäuren, Stereoidhormonen; Regeneration von Glutathion Ribose-5-Phosphat für Nucleotidsynthese Abb. 14-7: Löffler, Müller Animation: P.C. Heinrich, P. Freyer aus Heinrich, Müller, Graeve 2014 © Springer  Nicht-oxidativer Teil des Pentosephosphatewegs TPP = Thiamin-PP (Vitamin B1) Co-Faktor der Transketolasen Nettoreaktion: 3 Ribulose-5-P à Glycerinaldehyd-3-P + 2 Fructose-6-P Animation: P.C. Heinrich, P. Freyer Abb. 14-8: Löffler, Müller aus Heinrich, Müller, Graeve 2014 © Springer  Exkurs Thiamin (Vitamin B1) Thiamin: aktive Form Thiaminpyrophosphat Transketolase (Pentosephosphatweg) oxidative Decarboxylierung von a-Ketosäuren (z.B. Pyruvat-Dehydrogenase, a-Ketoglutarat-Dehydrogenase) Mangel: Beriberi-Krankheit Bei chronischem Alkoholismus: Wernicke-Korsakoff-Syndrom  Pentosephosphatweg 2 Teilabschnitte: Oxidativer und nicht-oxidativer Abschnitt Oxidativer Abschnitt: Bildung von NADPH + H+ und Ribulose-5-Phosphat Nicht-oxidativer Abschnitt: Isomerisierung Ribuslose-5-Phosphat zu Ribose-5-Phosphat oder weitere Umwandlung zu Glycerinaldehyd-3-Phosphat und Fructose-6-Phosphat Regulation: Glucose-6-Phosphat-Dehydrogenase Glucose-6-Phosphat-Dehydrogenase Glucose-6-Phosphat-Dehydrogenase katalysiert den geschwindigkeitsbestimmenden Schritt wird stimuliert a) durch kohlenhydratreiche Ernährung mit Insulin und Glucocorticoidhormonen stimuliert b) niedriges NADPH+H+/NADP Verhältnis  Flexibilität des Pentosephosphatwegs Pentosephosphatweg 3 Glucose-6-Phosphat Bedarf an oxidativer Teil NADPH + H+ = Pentosen: 3 CO2 nur oxidativer Teil läuft ab 6 NADPH+H+ NADPH + H+ > Pentosen: 3 Ribulose-5-Phosphat oxidativer und nicht-oxidativer Teil 3 Ribulose-5-Phosphat laufen ab nicht-oxidativer Teil Pentosen > NADPH + H+: nicht-oxidativer Teil läuft rückwärts Gylcerinaldehyd-3-Phosphat + 2 Fructose-6-Phosphat  Pentosephosphatweg 2 Teilabschnitte: Oxidativer und nicht-oxidativer Abschnitt Oxidativer Abschnitt: Bildung von NADPH + H+ und Ribulose-5-Phosphat Nicht-oxidativer Abschnitt: Isomerisierung Ribuslose-5-Phosphat zu Ribose-5-Phosphat oder weitere Umwandlung zu Glycerinaldehyd-3-Phosphat und Fructose-6-Phosphat Regulation: Glucose-6-Phosphat-Dehydrogenase Pathobiochemie: Glucose-6-Phosphat-Dehydrogenase Mangel Pathobiochemie Pentosephosphatweg Glucose-6-phosphat-Deydrogenase (GPD)-Mangel: 400 Mio. Menschen weltweit besonders häufig im Mittelmeerraum, Afrika, Südostasien (Malaria) 400 verschiedene Varianten Glucose-6-phosphat-Deydrogenase auf dem X-Chromosom codiert Unterschiedliche Ausprägung: Beschwerdefreiheit bis zur hämolytischen Anämie Symptome werden durch Oxidantien ausgelöst: z.B. Verzehr der Ackerbohne (Favismus)  Schutzmechanismen gegen reaktive Sauerstoffspezies Erythrocyten transportieren Sauerstoff, als Nebenprodukt bilden sich reaktive Sauerstoffspezies (ROS) Superoxidismutase: 2 O2- + 2H+ H2O2 + O2 Katalase: 2 H2O2 O2 + H2O Antioxidantien: Glutathion (schützt vor Oxidation; enzymunabhängige Reduktion von Disulfidbrücken in Proteinen; Cofaktor bei enzymatischen Reduktionen) Ascorbinsäure (Vitamin C) Tocopherol (Vitamin E) Glutathion besteht aus drei Aminosäuren Glutamat Cystein Glycin Glutathion wird ATP-abhängig gebildet (2 ATP).  Glutathion ist ein Reduktionsmittel für die Peroxidase Glutathion-Peroxidase 2 GSH + H2O2 GSSG + 2 H2O enzymunabhängig GSH = Glutathion GSSG = Glutathiondisulfid Glu-Cys-Gly Glu-Cys-Gly SH S S Glu-Cys-Gly Unter physiologischen Bedingungen liegt Glutathion zu 98% in der reduzierten Form vor.  NADPH wird vom Pentose- phosphatweg generiert Glutathion-Peroxidase 2 GSH + H2O2 GSSG + 2 H2O enzymunabhängig Glutathion-Reduktase NADP+ NADPH Glucose-6-phosphat 6-Phosphogluconolacton Glucose-6-phosphat- Dehydrogenase Glucose-6-phosphat-Dehydrogenase (GPD) ist von zentraler Bedeutung für NADPH-Bildung in den Erythrocyten.  Pentosephosphatweg Oxidativer und nicht-oxidativer Teil: Ablauf der beiden Teile hängt von den Bedürfnissen der Zelle ab Glucose-6-Phosphat-Dehydrogenase katalysiert den geschwindigkeitsbestimmenden Schritt Transketolasen (TPP-abhängig) und Transaldolasen im nicht-oxidativen Teil NADPH+H+ wird benötigt für: Fettsäuresynthese (Leber, Fettgewebe, laktierende Brustdrüse) Steroidhormonsynthese (Nebennierenrinde, Ovarien, Testis) Regeneration von Glutathion (Erythrocyten) Favismus Generelle Bedeutung für die Produktion von Pentosen: Ribose-5-Phosphat wird für die Nucleotidbiosynthese benötigt.