Biochemie (Energieumwandlung) PDF

Zelluläre Energieumwandlung  Lernziele - den Unterschied zwischen katabolen und anabolen Stoffwechselwegen beschreiben können - erläutern können woher die Energie zum Aufbau von ATP in den Zellen ursprünglich kommt - erklären können wieso der Metabolismus als d...

Zelluläre Energieumwandlung  Lernziele - den Unterschied zwischen katabolen und anabolen Stoffwechselwegen beschreiben können - erläutern können woher die Energie zum Aufbau von ATP in den Zellen ursprünglich kommt - erklären können wieso der Metabolismus als die Geschichte der Wanderung von Elektronen erzählt werden könnte. - aufzählen können welche drei wiederkehrenden Muster verschiedene Stoffwechselwege eint 2 Wald ? … Bäume ? Metabolic pathways 3 Roche.com Überblick 4  Eine erste Unterteilung Katabole Reaktionen (Katabolismus = Energiestoffwechsel) Brennstoffe CO2 + H2O + nutzbare Energie Stoffwechsel (Metabolismus) Phototrophe Organismen: Energiequelle ist Sonnenlicht Chemotrophe Organismen: Energiequellen sind oxidierbare Verbindungen Nutzbare Energie + einfache Vorstufen komplexe Moleküle Anabole Reaktionen (Anabolismus = Baustoffwechsel) z.B. Synthese von Glucose, Fetten 5 Katabolismus funktioniert wie ein hydroelektrisches System 6  Wie entsteht ein Stoffwechselweg? Anforderungen: 1.) Spezifische Einzelreaktionen 2.) in der Summe energetisch (thermodynamisch) begünstigt (ΔG < 0) à eine ungünstige Reaktion kann durch Kopplung an eine günstige Reaktion in der Summe möglich gemacht werden. Eine der am häufigsten Kopplungsreaktionen ist die Umsetzung von ATP zu ADP + Phosphat. 7  Kohlenstoff-Verbindungen als Energiequelle ATP-Menge im menschl. Körper: max. 100 g Verbrauch von ATP (in Ruhe): 40 kg (pro 24 h) 2 Stunden Joggen: 60 kg ATP Wichtige Brennstoffe ? Wie kann die Energie der Oxidation zur Bildung von ATP führen? 8  Elektronen… “...life is driven by nothing else but electrons, by the energy given off by these electrons while cascading down from the high level to which they have been boosted up by photons.” - Albert Szent-Györgyi - (Introduction to Submolecular Biology) Science, 2017 9 Energieumwandlung = Elektronenwanderung 10 In der Energieumwandlung greifen Stoffwechselwege ineinander 11  Ionengradienten und die drei Stufen der Energiegewinnung Dreistufen-Prozess der Energiegewinnung: Ionengradienten sind eine wichtige Form 1.) Größere Moleküle werden abgebaut zellulärer Energie 2.) Zentrale Metabolite werden gebildet à Kopplung an ATP-Synthese 3.) ATP-Bildung aus Acetyl-CoA 12  Wiederkehrende Muster in Stoffwechsel- Wegen 1.) Aktivierte Trägermoleküle (NAD(P)H, FAD, Coenzym A) 2.) Ähnliche bzw. gleiche Schlüsselreaktionen wiederholen sich im Stoffwechsel 3.) Drei Arten der Regulation von Stoffwechselprozessen 13  Träger für… Aktivierte Trägermoleküle Aktivierte Phosphatgruppen Energiereiche Elektronen (I) Die zentralen Trägermoleküle basieren auf ähnlichen Grundgerüsten, unterscheiden sich aber in ihren reaktiven Gruppen Energiereiche Elektronen (II) Aktivierte C2-Einheiten 14  Sechs Reaktionstypen Enzymtyp… beschleunigt eine… 1. Oxidoreduktase Elektronenwanderung Reduktion/Oxidation 2. Transferase Übertragung einer (funktionellen) Gruppe 3. Hydrolase Bindungsspaltung mit Hydrolytische Wasser Bindungsspaltung 4. Lyase Bindungsspaltung ohne Nicht-hydrolytische Wasser Eliminierung 5. Isomerase Umbau einer Isomerisierung Verbindung 6. Ligase Knüpfung einer neuen Bindung unter Spaltung von NTP 15  Regulation von Stoffwechselwegen Die Regulation des Stoffwechsels beruht auf der: à Kontrolle der Enzymmenge, hauptsächlich über die Transkriptionsrate à Kontrolle der Enzymaktivität: reversible allosterische Kontrolle, Rückkopplungshemmung, reversible kovalente Modifikation à Verfügbarkeit von Substraten: Kompartimentierung, Kontrolle des Substratflusses à Energieladung der Zelle [ATP] + 1/2 [ADP] Energieladung = [ATP] + [ADP] + [AMP] 16  Zusammenfassung ü Wir unterscheiden anabole, katabole und amphibole Stoffwechselwege. ü In den katabolen Stoffwechselwegen werden komplexere Moleküle schrittweise „verbrannt“. ü Die „Verbrennung“ kann als ein Transfer von Elektronen (Reduktionsäquivalenten) beschrieben werden. ü Wir finden in den Stoffwechselwegen wiederkehrende Carrier, Reaktionstypen und Regulationsmechanismus. 17