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 Stoffwechselweg der 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

Die alkoholische Gärung Glucose+2Pi+2ADP Ethanol+2CO2+2ATP Hefen und andere Mikroorganismen wandeln Pyruvat in EtOH um. Hierbei wird NADH oxidiert. Diese Decarboxylierung benötigt das Coenzym Thiaminpyrophosphat (Vitamin B1 ist Vorstufe)

Die Milchsäuregärung Glucose+2Pi+2ADP 2 Lactat+2ATP+2 H2O 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)

Die Dehydrogenasen -genereller Reaktionsmechanismus, NAD+ bzw NADP+ ist häufig das Coenzym In der Glykolyse (und in vielen anderen Stoffwechselwegen treten unterschiedliche Dehydrogenasen auf. GAP-Dehydrogenase Alkohol-Dehydrogenase Lactat-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-6P her

Das Einschleusen von anderen Zuckern in die Glykolyse Hexokinase (nur, wo Glu nicht kompetiert) Fructose-1P-Weg

Das Einschleusen von Galactose in die Glykolyse Das fehlen dieses Enzyms macht schwer Krank: Galactosämie

Die Regulation der Glykolyse -Enzyme die stark exotherme Reaktionen katalysieren sind potentielle Regulatoren 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 wird allosterisch reguliert Regulatoren sind -AMP -ATP -Citrat -F-2,6-BP (wird später behandelt)

Die Energieladung (ATP/AMP-Verhältnis) reguliert die Phosphofructokinase Enzym in R-Form - hohe [ATP] hemmt das Enzym, AMP hebt diesen Effekt wieder auf [H+], Citrat Enzym in T-Form

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 von G-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 genug Sauerstoff 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 ihren Stoffwechsel (160g/Tag). -Im Körper unter normalen Umständen: ca. 20g in Körperflüssigkeiten, 190g in Glykogenspeichern. -Bei Hungerperioden: Gluconeogenese: Findet hauptsächlich in der Leber 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 und ist 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 oxidierter Form (CO2). Bei den meisten Carboxylierungen ist Biotin das Coenzym ATP C O OH O NH HN S (CH2)4-CO PO32- ADP O NH N S (CH2)4-CO C

O NH N S (CH2)4-CO C O OOC-C-CH2 Pyruvat (enolat) OOC-C-CH2-COO O Oxalacetat

OOC-C-CH2-COO O Oxalacetat

O-P-O-P-O-P-O-Guanosine O-PO3 O O O CH2=C-COO Oxalacetat O O O O-P-O-P-O-P-O-Guanosine 2- O-PO3 O O O CH2=C-COO OOC-C-CH2-COO O CO2 GDP Phosphoenolpyruvat

Die Nettogleichung der Gluconeogenese DG‘°=-38kJ/mol 2 Pyruvat+4ATP+2GTP+2NADH+6H2O Glucose+4ADP+2GDP+6Pi+2NAD++2H+ Die Umkehrung der Glycolyse hat eine DG‘°= von + 84 kJ/mol Es muss also für die Umkehrung der exergonischen Glycolyse extra Energie (in Form von ATP Hydrolyse) aufgewendet werden

niedrige Energieladung der Zelle: Glycolyse wird verstärkt hohe Energieladung in der Zelle: Glyconeogenese wird verstärkt