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Es ist soweit: Die Vorlesung Online!

-nur für den HAUSGEBRAUCH!!!

Homepage Biozentrum: -www.biozentrum.uni-wuerzburg.de-Organisation-Institut für Biochemie-Vorlesung Biochemie Fischer/Grummt-Anmeldename: Vorlesung-Password: BioChemie1

Zur Erinnerung...-Die Zelle gewinnt ATP durch die Verbrennung (=Oxidation)von Brennstoffmolekülen (Kohlenhydrate, Fette).

-Die Glykolyse ist ein energieumwandelnder Stoffwechselwegder unter anaeroben Bedingungen ATP generieren kann.

-Bei der Glykolyse wird Glucose über 10 Enzymatische Schritte in Pyruvat umgewandelt.

Pyruvat kann unterschiedlich verstoffwechselt werden

-bei der Umwandlung von GAP zu 1,3 BPG entsteht NADH aus NAD+. NAD+ ist limitierend und muss ständig regeneriert werden. Sonst kann die Glykolyse nicht mehr ablaufen!!

Die Abbauwege des Pyruvat‘s

anaerob aerob

Hefen und andere Mikroorganismen wandeln Pyruvat in EtOHum. Hierbei wird NADH oxidiert.

Die alkoholische Gärung

Diese Decarboxylierung benötigt das Coenzym Thiaminpyrophosphat

(Vitamin B1 ist Vorstufe)

Glucose+2Pi+2ADP Ethanol+2CO2+2ATP

Die Milchsäuregärung

Bei verschiedenen Mikroorganismen wird Pyruvat in Lactat umgewandelt.-Auch bei höheren Lebewesen im Muskel, wenn O2 limitierend ist!(Übersäuerung des Muskels bei zu großer Sauerstoffschuld)

Glucose+2Pi+2ADP 2 Lactat+2ATP+2 H2O

Die Dehydrogenasen

-genereller Reaktionsmechanismus, NAD+ bzw NADP+

ist häufig das Coenzym

In der Glykolyse (und in vielen anderen Stoffwechselwegen treten unterschiedliche Dehydrogenasen auf.GAP-DehydrogenaseAlkohol-DehydrogenaseLactat-Dehydrogenase

Die Rossmannfalte-eine NAD+-Bindungsdomäne, die man in allen Dehydrogenasen findet

Wie werden andere Zucker in die Glykolyse

geschleust?

Der Fructose-1P-Weg:in Leber, Muskel

Im Fettgewebe:Hexokinase stellt F-6Pher

Das Einschleusen von anderen Zuckern in die Glykolyse

Fructose-1P-Weg

Hexokinase(nur, wo Glunicht kompetiert)

Das Einschleusen von Galactose in die Glykolyse

Das fehlen diesesEnzyms macht schwerKrank: Galactosämie

Die Regulation der Glykolyse

-Enzyme die stark exotherme Reaktionen katalysieren sind potentielleRegulatoren des betreffenen Stoffwechselwegs.Bei der Glykolyse katalysieren drei Enzyme irreversible Reaktionen :Hexokinase (Glu Glu-6P)Phosphofructokinase (F-6P F-1,6BP)Pyruvatkinase (PEP Pyruvat)

Diese Enyzme werden in der Tat reguliert durch:-allosterische Regulatoren-Phosphorylierung-Transkriptionskontrolle

Das Phosphofructokinase Tetramer wirdallosterisch reguliert

Regulatoren sind-AMP-ATP-Citrat-F-2,6-BP(wird später behandelt)

Die Energieladung (ATP/AMP-Verhältnis) reguliertdie Phosphofructokinase

Enzym in R-Form

Enzym inT-Form

[H+], Citrat

- hohe [ATP] hemmtdas Enzym, AMP hebtdiesen Effekt wieder auf

Auch Hexokinase und Pyruvat-Kinase werden reguliert

-Hexokinase: wird von ihrem Produkt, G-6P gehemmt.(wenn Phosphofructokinase gehemmt ist kommte es zu einem„Stau“ im Stoffwechselweg und damit zu einer Akkumulation vonG-6P).-Die Regulation von Pyruvat-Kinase:

Die Regulation der Glykolyse bei Krebs-Tumore zeigen starke Aufnahme und Umsatz von Glucose durch die(anaerobe) Glykolyse.-Tumore Wachsen schneller, als die Blutgefäße, so dass nicht genugSauerstoff an das Gewebe kommt (Hypoxie).-Ein Transkriptionsfaktor (Hypoxie-induzierter Transkriptionsfaktor)wird vermehrt gebildet, der die Expression von Glykolyse-Enzymen verstärkt.

Die Gluconeogenese

-Die Synthese von Glucose aus nicht-Kohlenhydraten

-Glucosebedarf: Gehirn und Erythrocyten benötigen Glucose für ihrenStoffwechsel (160g/Tag).

-Im Körper unter normalen Umständen: ca. 20g in Körperflüssigkeiten,190g in Glykogenspeichern.

-Bei Hungerperioden: Gluconeogenese: Findet hauptsächlich in derLeber statt und sorgt für hohen Glucosespiegel im Blut.

Die Gluconeogenese ist nicht die Umkehrung der Glycolyse!!Die irreversiblen Schritte werden unter Energieaufwand umgangen!!

Glucose aus Glycerol

durch den Abbau von Lipiden bereit-

gestellt

Die Umwandlung von Glycerol in DHAP

Die Umwandlung von Pyruvat zu Oxalacetat

Pyruvat + CO2 + ATP+H2O Oxalacetat+ADP+Pi

Pyruvat-Carboxylase

Diese Reaktion findet in den Mitochondrien statt undist vom Coenzym (Vitamin) Biotin abhängig.

Pyruvat-Carboxylase

Die Umwandlung von Pyruvat zu Oxalacetat

-Biotin ist covalent mit dem Enzym verbunden= prosthetische Gruppe-Biotin ermöglicht den Transfer von C-Gruppen in sehr hoch oxidierterForm (CO2). Bei den meisten Carboxylierungen ist Biotin das Coenzym

O

NHHN

S(CH2)4-CO

NH

C

O

OH

O

O

NH N

S(CH2)4-CO

NH

CO

O

PO32-

ATP

ADP

O

NH N

S(CH2)4-CO

NH

CO

O

OOC-C-CH2

O

OOC-C-CH2-COO

O

Oxalacetat

Pyruvat (enolat)

OOC-C-CH2-COO

O

Oxalacetat

OOC-C-CH2-COO

O

Oxalacetat

O-P-O-P-O-P-O-Guanosine

O O O

O O O

CO2

GDP

CH2=C-COO

O-PO32-

Phosphoenolpyruvat

Die Nettogleichung der Gluconeogenese

2 Pyruvat+4ATP+2GTP+2NADH+6H2O

Glucose+4ADP+2GDP+6Pi+2NAD++2H+

G‘°=-38kJ/mol

Die Umkehrung der Glycolyse hat eine G‘°= von + 84 kJ/mol

Es muss also für die Umkehrung der exergonischen Glycolyseextra Energie (in Form von ATP Hydrolyse) aufgewendet werden

niedrige Energieladung der Zelle:Glycolyse wird verstärkt

hohe Energieladung in der Zelle:Glyconeogenese wird verstärkt