Zur Erinnerung….. -Der Aufbau des Glycogenspeichers wird durch die Glycogen- Synthase aus UDP-Glucose-Einheiten katalysiert. -eine Glucoseoligomer am Glycogenin.

Präsentation zum Thema: "Zur Erinnerung….. -Der Aufbau des Glycogenspeichers wird durch die Glycogen- Synthase aus UDP-Glucose-Einheiten katalysiert. -eine Glucoseoligomer am Glycogenin."—  Präsentation transkript:

1 Zur Erinnerung….. -Der Aufbau des Glycogenspeichers wird durch die Glycogen- Synthase aus UDP-Glucose-Einheiten katalysiert. -eine Glucoseoligomer am Glycogenin ist Primer für die Glycogensynthese. -Das „branching-enzyme“ (Verzweigungsenzym) fügt in die lineare Glucosekette Verzweigungstellen ein (wichtig für schnellen Auf- und Abbau des Glycogens). -Das Peptidhormon Insulin gibt den Zellen das Signal zum Anlegen des Glycogenpools über eine Rezeptor Tyrosinkinase und über die beschleunigte Aufnahme von Glucose aus dem Blut in die Leber- Zellen -Das Schlüsselregulator für den Glycogenaufbau ist die Proteinphosphatase 1

2 Der Glycogenstoffwechsel im Überblick
Glucose (gilt nur für die Leber-Phosphorylase) Insulin Rezeptor/Tyrosin-Kinase- Kaskade Adrenalin/Glucagon Proteinphosphatase 1 cAMP-Kaskade/PKA P P Synthase b Synthase a Phosphorylase b Phosphorylase a Glucose Glycogen Glucose Aufbau Abbau

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4 Diabetes mellitus ca. 5% der Bevölkerung weltweit haben Diabetis (häufigste Stoff- wechselkrankheit der Welt). Die Krankheit ist gekennzeichnet von Überproduktion von Glucose in der Leber und einer schlechten Verwertung in anderen Organen. Typ I: Insulinabhängiger Diabetes mellitus Autoimmunkrankheit, die die ß-Zellen des Pankreas zerstören. Diese Patienten benötigen Insulin zum überleben, da der Körper das Hormon nicht (oder nicht mehr genügend) herstellt.Glucagon- spiegel ist erhöht. Typ II: Nicht-insulinabhängiger Diabetis mellitus Patienten haben genügend Insulin, sprechen aber nicht auf dieses Hormon an (tritt meist bei älteren Patienten auf).

5 Die vielfältige Wirkung des Insulins
Insulin (signalisiert „Sättigungszustand“) Gluconeogenese Glycogensynthese Glycolyse Fettsäuresynthese Glucoseaufnahme in Muskel und Leberzellen über GLUT2 Proteinsynthese

6 Diabetes mellitus Die Konsequenz der Diabetes:
-Körper ist im „Hungerzustand“ trotz hohem Glucosespiegel -Glucose kann nicht effizient in die Zellen aufgenommen werden. -Leber verharrt im Zustand der Gluconeogenese. -Glycogen wird abgebaut . Die Leber produziert daher unkontrolliert Glucose und gibt diese ins Blut ab. -Glucose wird ausgeschieden, sobald der Blutzucker einen kritischen Level überschreitet (viel Wasserverlust). -Die Nutzung der Kohlenhydrate ist eingeschränkt. Daher wird der Stoffwechsel auf Fettsäureoxidation und Proteinabbau umgestellt. -Die großen Mengen an Ac-CoA können nicht in den Citratzyklus, da aufgrund der geringen Glycolyse nicht genug OAA hergestllt wird. - Durch die einseitige Stoffwechsellage entstehen große Mengen Ketonkörper, die die Niere schädigen und den pH des Bluts erniedrigen.

7 Der garantiert letzte Stoffwechselweg in dieser Vorlesung:
Der Pentosephosphatweg (ein cytosolischer Stoffwechsel- weg zur Umwandlung von Zuckern und Gewinnung von NADPH)

8 Der Pentosephosphatweg
- Der Pentosephosphatweg gewährleistet die Bereitstellung von NADPH und einiger wichtiger Zucker

9 für reduktive Synthesen dringend notwendig Bestandteil bzw. Vorstufe von DNA, RNA, FAD, NADH, Nucleotiden, Coenzym A……... Umwandlung von Zuckern

10 Die oxidative Phase des Pentosephosphatwegs
-Reaktion ist strikt von NADP abhängig (NAD wird nicht als Cofaktor akzeptiert!) Halbacetal (OH reagiert mit Aldehyd) Lacton (intramolekularer Ester)

11 Eine Esterhydrolyse generiert
6-Phosphogluconat

12 Eine oxidative Decarboxylierung über eine ß-Ketocarbonsäure
Wiederum wird NADP als Elektronenakzeptor verwendet! hier wird eine Ketogruppe gebildet

13 Aus Ribulose 5-P wird Ribose 5-P
-beide C5-Körper können in der nicht-oxidativen Phase 2 umgewandelt werden. Isomerase Epimerase

14 Ein Problem: Zelle braucht häufig mehr
NADPH als Ribose Die Zelle baut daher überschüssige Ribose in Intermediate der Glycolyse um. Diese Umwandlung wird durch zwei Enzyme katalysiert, die man als Transketolase und Transaldolase bezeichnet. Transketolase C5 + C5 C3 + C7 C3 + C7 C6 + C4 C4 + C5 C6 + C3 3 C C6 + C3 Transaldolase Transketolase

15 die erste Transketolase-
Reaktion

16 Der 1.Schritt: 2 C5 Zucker werden durch die Transketolase
in ein C3 und ein C7 Zucker umgewandelt Ketogruppe wird übertragen Ribulose 5-Phosphat (Epimer) wird nicht durch die Transketolase erkannt.

17 Der 1.Schritt: 2 C5 Zucker werden durch die Transketolase
in ein C3 und ein C7 Zucker umgewandelt Ketose-Produkt Aldose-Substrat Ketose-Substrat Aldose-Produkt

18 die Transaldolase- Reaktion

19 Die Transaldolase-Reaktion
Produkt für die Glycolyse

20 Die Transaldolase-Reaktion: Transfer
eines C3-Ketons Ketose-Substrat Aldose-Produkt Aldose-Substrat Ketose-Produkt

21 die zweite Transketolase-
Reaktion

22 Der dritte Schritt: Die Bildung von zwei
Glycolyse-Intermediaten aus zwei C4-Zuckern Können beide reversibel in der Glycolyse verwertet werden

23 Die Nettogleichung des Pentosephosphatwegs
3 Ribose 5-P 2 Fructose 6-P + GA 3-P Überschüssige Ribose kann daher vollständig in Zwischenstufen der Glykolyse umgewandelt werden (alles reversibel)

24 Der Transketolasemechanismus Teil 1
-Reaktion ist der des E1 vom Pyruvat-Dehydrogenasekomplex sehr ähnlich (Oxidation von Pyruvat zum Acetat, vgl. Vorlesung 12) nucleophiler Angriff des Carbanions am Ketosubstrat Elektronenfalle Cofactor, von Vitamin B1 abgeleitet

25 Transketolasemechanismus Teil II
jetzt wird dieses C zum Nucleophil Aktivierter Glycolaldehyd (C2-Einheit)

26 Transketolasemechanismus Teil III
um C2-Einheit verlängerter Zucker

27 Der Transaldolasemechanismus Teil I
TPP ist hier nicht Cofaktor! Das Carbanion wird durch eine Schiff‘sche Base generiert. ist bei diesem Mechanismus die „Elektronenfalle“

28 Transaldolase Teil II eine C-3 Einheit (instabil, reagiert sofort mit
Aldose-Substrat)

29 Deprotonierung der Schiff‘schen
Transaldolase Teil III Hydrolyse der Schiff‘schen Base Deprotonierung der Schiff‘schen Base

30 Carbanione sind bei der Transketolase
und Transaldolase wichtige Zwischenprodukte

31 In Geweben mit viel reduktiven Biosynthesen ist
der Penosephosphatweg sehr aktiv

32 Glutathion schützt vor oxidativem Stress (speziell in Erythrocyten)
NADPH ist für die Reduzierung notwendig GSH Ox GSSG Red NADP + NADPH diese Cystein kann zum Cystin oxidiert werden und so Schutz vor Oxidantien bieten