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Pharmazeutische Biologie – Grundlagen der Biochemie – Prof. Dr. Theo Dingermann Institut für Pharmazeutische Biologie Goethe-Universität Frankfurt [email protected] Enzyme E1 E4 E3 E2 Biosynthese A B C D E A B E1 E7 E4 E5 E6 E3 E2 C E1 E2 E4 E5 Montag, 16. Januar 12

Pharmazeutische Biologieuser.uni-frankfurt.de/~dingerma/Podcast/10-Biochemie-WS...Pharmazeutische Biologie – Grundlagen der Biochemie – Prof. Dr. Theo Dingermann Institut für

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Pharmazeutische Biologie– Grundlagen der Biochemie –

Prof. Dr. Theo DingermannInstitut für Pharmazeutische Biologie

Goethe-Universität [email protected]

Enzyme E1 E4E3E2

Biosynthese A B C D E

A

B

E1E7

E4E5E6 E3

E2C

E1E2

E4E5

Montag, 16. Januar 12

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Glykolyse – Abbau von Glukose zu Pyruvat

Hexokinase

Glukose

ATPADP

O

OH

OHHO

CH2OH

OH

O

OH

OHHO

O–CH2P

OH

Glukose-6-P

HOOH

CH2

OH

OGlc-6-P-Isomerase

Fructose-6-P

Phosphofructo-kinase

ATPADP

HOOH

CH2–O P

OH

O

Fructose-1,6-bisphosphat

C O

HC OHHC OH

CHHO

CH2OH

O–CH2P O–CH2P

CH2–O P

CH2–O P

C OCH2–O P

HC OHCH2–O P

CO H

Dihydroxyaceton-phosphat

Glycerinaldehyd-3-phosphat

Aldolase

96%4%

Triosephosphat-Isomerase

HC OHCH2–O P

CO S–GAPDH

GAPDHHC OHCH2–O P

COHS–GAPDH

H

NADH+H+NAD+

Pi

HC OHCH2–O P

CO PO

3-Phosphoglycerin-1-phosphat

HC OHCH2–O P

CO OH

3-Phosphoglycerat

ATPADPPhospho-

glycerat-kinase

HC OCH2OH

PC

O OH

2-Phosphoglycerat

Phospho-glycerat-mutase Enolase

H2O

C OCH2

PC

O OH

Phosphoenol-pyruvat

Pyruvatkinase

ATPADP CH3

CO OH

C O

Pyruvat

Montag, 16. Januar 12

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Phosphorylierung von Glucose – 1 ATPPhosphorylierung von Fructose-6-P – 1 ATP

pro Hexose entstehen 2 Triosen:

GAPDH-Reaktion 1 NADH + H+ x2Substratketten-Phosphorylierung 1 ATP x2 + 2 ATPPEP-Kinase-Reaktion 1 ATP x2 + 2 ATP

pro Hexose in Summe + 2 ATP + 2 NADH + H+

Glykolyse – Energiebilanz

Montag, 16. Januar 12

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Pyruvat

4 [H] + O2 2 H2O

Glykolyse

Energiegewinnung bei Heterotrophen

Atmungskette

GTPGDP

Stärke/Glykogen ProteineFette

Fettsäuren

Acetyl-CoA

FADH2

Glukose

Pyruvat

α-KetoglutaratCitrat-Zyklus

NADH + H+

NADH + H+

ATP

NADH + H+

ATP

Aminosäuren

GlutaminsäureFADH2

NADH + H+

NADH + H+

Montag, 16. Januar 12

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Glykolyse – Abbau von Glukose zu Pyruvat

Hexokinase

Glukose

ATPADP

O

OH

OHHO

CH2OH

OH

O

OH

OHHO

O–CH2P

OH

Glukose-6-P

HOOH

CH2

OH

OGlc-6-P-Isomerase

Fructose-6-P

Phosphofructo-kinase

ATPADP

HOOH

CH2–O P

OH

O

Fructose-1,6-bisphosphat

C O

HC OHHC OH

CHHO

CH2OH

O–CH2P O–CH2P

CH2–O P

CH2–O P

C OCH2–O P

HC OHCH2–O P

CO H

Dihydroxyaceton-phosphat

Glycerinaldehyd-3-phosphat

Aldolase

96%4%

Triosephosphat-Isomerase

HC OHCH2–O P

CO S–GAPDH

GAPDHHC OHCH2–O P

COHS–GAPDH

H

NADH+H+NAD+

Pi

HC OHCH2–O P

CO PO

3-Phosphoglycerin-1-phosphat

HC OHCH2–O P

CO OH

3-Phosphoglycerat

ATPADPPhospho-

glycerat-kinase

HC OCH2OH

PC

O OH

2-Phosphoglycerat

Phospho-glycerat-mutase Enolase

H2O

C OCH2

PC

O OH

Phosphoenol-pyruvat

Pyruvatkinase

ATPADP CH3

CO OH

C O

Pyruvat

Montag, 16. Januar 12

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Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex

Thiaminpyrophosphat (TPP; Vitamin B1)LiponsäureCoASHFADNAD+

Oxidative Decarboxylierung von Pyruvat

Montag, 16. Januar 12

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Energiegewinnung bei Heterotrophen

Atmungskette

GTPGDP

Stärke/Glykogen ProteineFette

Fettsäuren

Acetyl-CoA

FADH2

Glukose

Pyruvat

α-KetoglutaratCitrat-Zyklus

NADH + H+

NADH + H+

ATP

NADH + H+

ATP

Aminosäuren

GlutaminsäureFADH2

NADH + H+

NADH + H+

Pyruvat

4 [H] + O2 2 H2O

Glykolyse

Mitochondrien

Montag, 16. Januar 12

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Mitochondrium: "Energiefabrik" der Zelle

Montag, 16. Januar 12

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Energiegewinnung bei Heterotrophen

Atmungskette

GTPGDP

Stärke/Glykogen ProteineFette

Fettsäuren

Acetyl-CoA

FADH2

Glukose

Pyruvat

α-KetoglutaratCitrat-Zyklus

NADH + H+

NADH + H+

ATP

NADH + H+

ATP

Aminosäuren

GlutaminsäureFADH2

NADH + H+

NADH + H+

Pyruvat

4 [H] + O2 2 H2O Montag, 16. Januar 12

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Fettsäuren

Stearinsäure 18:0CO

O

Ölsäure 18:1CO

O

Linolsäure 18:2CO

O

Linolensäure 18:3CO

O

Arachidonsäure 20:4CO

O

Palmitinsäure 16:0CO

O

H3C–CH2–CH2–CH2–CH2–CH2–CH2–CH2–CH2–CH2–CH2–CH2–CH2–CH2–CH2–COO– 1 16

α"β"ω"

ω-6

ω-6

ω-3

cis-Δ9"9

Montag, 16. Januar 12

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Neutralfette (Lipide; Triglyceride)

HO Glycerol

HO CH2

CH

CH2HO

1

2

3

MonoacylglycerolCO

Diacylglycerol

CO

Triacylglycerol

CO

Pankreas-Lipase

HO CH2

CH

CH2

O

HO

CO

Monoacylglycerol-Lipase!

Fettsäuren + Glycerin!

Montag, 16. Januar 12

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Energiegewinnung bei Heterotrophen

Atmungskette

GTPGDP

Stärke/Glykogen ProteineFette

Fettsäuren

Acetyl-CoA

FADH2

Glukose

Pyruvat

α-KetoglutaratCitrat-Zyklus

NADH + H+

NADH + H+

ATP

NADH + H+

ATP

Aminosäuren

GlutaminsäureFADH2

NADH + H+

NADH + H+

Pyruvat

4 [H] + O2 2 H2O

ATP

Montag, 16. Januar 12

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Abbau von Fettsäuren (ß-Oxidation)

CO

O

Acyl-CoA-Synthetase

ATPPPi

CO

O

Acyl-CoA-Synthetase

CO

AMP

HS-CoAAMP

S-CoA

"Acyl-CoA"

Aktivierung der Fettsäure!

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Abbau von Fettsäuren (ß-Oxidation)

NAD+

S-CoA

CH2

CO

CH2

C

RNADH+H+

3-Ketoacyl-CoA

2. Oxidation

OThiolase

S-CoA

CH2

CO

RAcyl-CoA

Thiolytische Spaltung

HS-CoA

S-CoA

CH3

CO

Acetyl-CoA

+

Acyl-CoA-DH

S-CoA

CH2

CO

CH2

CH2

R

Acyl-CoA

FAD

S-CoA

CHC

O

CH2

HC

R

1. Oxidation

FADH2

trans-Δ2 Enoyl-CoA

Enoyl-CoA-Hydratase

H2O

S-CoA

CH2

CO

CH2

CH

R

L-3-Hydroxyacyl-CoA

Wasseranlagerung

HO

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pro abgespaltenem C2-Körper:

1 FADH2

1 NADH + H+

1 Acetyl-CoA

Beispiel Palmitinsäure (C16):

7 FADH2

7 NADH + H+

8 Acetyl-CoA

Bilanz der ß-Oxidation

Montag, 16. Januar 12

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Energiegewinnung bei Heterotrophen

Atmungskette

GTPGDP

Stärke/Glykogen ProteineFette

Fettsäuren

Acetyl-CoA

FADH2

Glukose

Pyruvat

α-KetoglutaratCitrat-Zyklus

NADH + H+

NADH + H+

ATP

NADH + H+

ATP

Aminosäuren

GlutaminsäureFADH2

NADH + H+

NADH + H+

Pyruvat

4 [H] + O2 2 H2O Montag, 16. Januar 12

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Abbau von Aminosäuren

Transaminierung!COOHCCH2CH2COOH

O

2-Oxoglutarat GlutaminsäureAminosäure

COOHCHH2NR

COOHCHH2NCH2CH2COOH

COOH

R

2-Ketosäure

+ +C OTransaminasen

Aminosäure + NAD+ + H2O 2-Ketosäure + NADH + H+ + NH3 !Oxidative Desaminierung von Glutaminsäure

NAD+NADH+H+

Glutaminsäure

COOHCHH2NCH2CH2COOH

NH4+

COOHCCH2CH2COOH

O

2-Oxoglutarat

Glutaminsäure-DH

NH3 H2O

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Energiegewinnung bei Heterotrophen

Atmungskette

GTPGDP

Stärke/Glykogen ProteineFette

Fettsäuren

Acetyl-CoA

FADH2

Glukose

Pyruvat

α-KetoglutaratCitrat-Zyklus

NADH + H+

NADH + H+

ATP

NADH + H+

ATP

Aminosäuren

GlutaminsäureFADH2

NADH + H+

NADH + H+

Pyruvat

4 [H] + O2 2 H2O Montag, 16. Januar 12

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Citratzyklus: Teil 1 der "Endoxidation"

GTPGDP

Acetyl-CoA

2-Ketoglutarat

NADH+H+ +Succinyl-CoA

Succinat

Fumarat

Malat

OxalacetatNADH+H+

NAD+

NAD+

Citrat

Isocitrat

FADH2FAD

NADH+H+ +NAD+

CO2

CO2

Montag, 16. Januar 12

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Citratzyklus

Citrat-Synthase

Oxalacetat

GTP GDP

Citrat

C OCH2

COO–

COO–H2OS-CoA

CH3C

O HS-CoA

CCH2

COO–

COO–

HOCH2COO–

AconitaseHCCH

COO–

COO–

CH2COO–

HO

Isocitrat

NADH+H+NAD+

Isocitrat-DH

C O

CH2COO–

COO–

CH2

2-Ketoglutarat

NADH+H+

NAD+HS-CoA

CO2

CH2COO–

CH2C

O S-CoAPiHS-CoA

CH2COO–

CH2COO–

Succinyl-CoASuccinat

2-Ketoglutarat-DH

Succinyl-CoA-Synthetase

FADH2FAD

CHCOO–

HCCOO–

Fumarat

Succinat-DHFumarase

H2O

CHCOO–

COO–

HOCH2

Malat

NADH+H+

NAD+

Malat-DHCO2

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