Zur Erinnerung... -Durch die Gluconeogenese wird aus kleinen Molekülen die nicht zu den Kohlenhydraten gehören (Glycerin, Aminosäuren, Lactat) Glucose hergestellt. -Die Gluconeogenese ist nicht einfach die Umkehrung der Glycolyse. Die irreversiblen Schritte der Glycolyse werden bei der Gluconeo- genese unter Energieaufwand umgangen. -Pyruvat wird unter Energieverbrauch in den Mitochondrien zu Oxalacetat und anschließend im Cytosol zu Phosphoenolpyruvat umgewandelt. -Spezifische Phosphatasen spalten Phosphatgruppen von F-1,6BP bzw. G-6-P ab und erlauben so die Synthese der Glucose. -Biotin ist ein Vitamin, welches als prosthetische Gruppe CO2-Gruppen übertragen kann (Coenzym bei Carboxylierungen wie z.B. die Bildung von Oxalacetat aus Pyruvat).

Vollständige Oxidation Die Abschnitte der Energiegewinnung Vorbereitungsphase Abbau zum AcCoA unter Gewinnung von ATP Vollständige Oxidation und effiziente ATP- Gewinnung

Der Citratzyklus/Tricarbonsäurezyklus/ Krebs-Zyklus -Der Citratzyklus ist der erste Teil der aeroben Verbrennung von Brennstoffen. -Die Brennstoffe werden maximal oxidiert zum CO2. -Nahezu alle Brennstoffe werden im Citratzyklus oxidiert. -Mehr als 95% der in der Zelle generierten Energie kommt durch den Citratzyklus und der anschließenden oxidativen Phosphorylierung. -Der Citratzyklus generiert kein ATP (nur ein wenig GTP)! Es werden Reduktionsäquivalente für die anschließende Atmung gebildet. -Der Citratzyklus läuft in den Mitochondrien ab.

äußere Membran innere Membran/ Cristae Matrix

In diesen Verbindungen werden die Reduktionsäquivalente gespeichert Dieser C2-Körper kommt von Pyruvat Citrat 2 C1-Körper werden maximal oxidiert

Das Acetyl-CoA: Der Brennstoff des Citratzykluses -es werden C2-Einheiten aus der Glycolyse in den Citratzyklus in Form von Acetyl-CoenzymA eingeschleust. Pyruvat +CoA+NAD+ Acetyl-CoA+CO2+NADH+H+ Coenzym A ADP mit 3‘-Phosphat Vitamin

Coenzym A ist Carrier von aktivierten C2-Einheiten Ein Thioester dessen Hydrolyse stark exergonisch ist : Acetyl-CoA + H2O Acetat+CoA DG‘°=-31kJ/mol

Die Herstellung von Acetyl-CoA aus Pyruvat -Umwandlung erfolgt in der Mitochondrien-Matrix durch den Pyruvat-Dehydrogenasekomplex: Pyruvat +CoA+NAD+ Acetyl-CoA+CO2+NADH Ein Multiprotein- Komplex mit einer Masse von 4-10Mio Dalton!

Der Pyruvat-Dehydrogenasekomplex -Complex enthält 5 Cofaktoren: Thiaminpyrophosphat (B1) Liponamid (Liponsäure) FAD (Riboflavin) CoA (Pantothensäure) NAD (Niacin) katalytische Cofaktoren stöchiometrische Cofaktoren Drei Schritte: Decarboxylierung, Oxidation und Übertragung auf CoA

Der erste Schritt: Die Decarboxylierung von Pyruvat Prosthetische Gruppe:TPP dieses Proton hat ein pKs von 10, es ist also leicht zu dissoziieren. Das Carbanion kann nucleophil das Pyruvat angreifen. Generell: TPP kann a-Ketosäuren decarboxylieren

Die Pyruvat-Dehydrogenase Komponente E1: 1. Decarboxylierung von Pyruvat 2. Oxidation zum Acetat 1. Decarboxylierung Carbanion von TPP a-Ketosäure wirkt als Elektronenfalle Hydroxyethylgruppe

Der zweite Schritt: Oxidation der Hydroxyethylgruppe und Übertragung auf Liponamid S hat Oxidationszahl -1

Die Oxidation zur Acetylgruppe die S-S-Brücke wird reduziert (-1 auf -2) das C wird Oxidiert (+1 auf +3)

Die Übertragung des Acetylrests auf das Coenzym A E2 (Dihydrolipoyl-Transacetylase)

Die Regeneration des oxidierten Liponamids: (= Funktion von E3, eine Dehydrogenase) Dihydrolipoyl-Dehydrogenase

Das Flavinadenindinucleotid (FAD) = Acceptor für zwei Wasserstoffe Proteine mit dieser prostethischen Gruppe heißen Flavoproteine Riboflavin (B2)

Dihydrolipoyl- Dehydrogenase Pyruvat- Dehydrogenase Dihydrolipoyl- Transacetylase

Dehydrogenase Transacetylase Dehydrogenase Vorteil: Die Organisation in Multienzym-Komplexe optimiert die Effizienz der Katalyse und verhindert Nebenreaktionen

Das Einschleusen von Acetylgruppen in den Citratzyklus: Die Reaktion der Citrat-Synthase die Hydrolyse des Thioesters treibt die Reaktion an Aldolkondensation Synthasen:Enzymklasse, die zwei Einheiten ohne ATP-Verbrauch miteinander verbindet.

H+ vom His erleichtert die Enolform-Ausbildung

Bildung einer OH-Gruppe und damit den nucleophilen Angriff His erleichtert die Bildung einer OH-Gruppe und damit den nucleophilen Angriff

Hydrolyse des Citryl-CoA‘s

Die Aconitase katalysiert eine isomerisierungs-Reaktion Aconitase ist ein Eisen-Schwefel Protein Vorbereitung der Decarboxylierung

Die Dehydrogenase-Reaktion mit anschließender Decarboxylierung Isocitrat-Dehydrogenase eine ß-Ketosäure ist instabil und spaltet CO2 ab!

a-Ketoglutarat-Dehydrogenase -Der Reaktionsmechanismus ist identisch zur Umwandlung von Pyruvat zum Acetyl-CoA (der Dehydrogenase-Komplex ist homolog E1, E2 bzw. identisch E3). Abspaltung von CO2 über TPP!

Die Spaltung des Thioesters generiert GTP -Hydrolyse hat DG°=-33kJ/mol Succinyl-CoA Synthase Die Spaltung des Acetyl-CoAs ist mit der Herstellung von Citrat gekoppelt. Hier wird bei einer analogen Reaktion GTP generiert!

Die Regeneration des Oxalacetats Succinat-DH Fumarase Malat-DH Änderung von DG‘° reicht nicht für NADH-Herstellung

Immer das gleiche... Succinat

Die Nettogleichung des Citratzyklus Acetyl-CoA+3NAD++FAD+GDP+Pi+2H2O 2CO2+3NADH+FADH2+GTP+2H++CoA Die elektronen der Oxidation vom Acetylrest sind nun alle in NADH bzw. FADH2 gefangen. O 2 CO2 CH3-C-CoA -3 +3 +4 8 Elektronen