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Es ist soweit: Die Vorlesung Online!
-nur für den HAUSGEBRAUCH!!! Homepage Biozentrum: - -Organisation -Institut für Biochemie -Vorlesung Biochemie Fischer/Grummt -Anmeldename: Vorlesung -Password: BioChemie1
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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.
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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!!
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Die Abbauwege des Pyruvat‘s
anaerob aerob
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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)
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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)
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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
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Die Rossmannfalte -eine NAD+-Bindungsdomäne, die man in allen Dehydrogenasen findet
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Wie werden andere Zucker
in die Glykolyse geschleust? Der Fructose-1P-Weg: in Leber, Muskel Im Fettgewebe: Hexokinase stellt F-6P her
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Das Einschleusen von anderen Zuckern in die Glykolyse
Hexokinase (nur, wo Glu nicht kompetiert) Fructose-1P-Weg
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Das Einschleusen von Galactose in die Glykolyse
Das fehlen dieses Enzyms macht schwer Krank: Galactosämie
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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
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Das Phosphofructokinase Tetramer wird allosterisch reguliert
Regulatoren sind -AMP -ATP -Citrat -F-2,6-BP (wird später behandelt)
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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
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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:
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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.
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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!!
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Glucose aus Glycerol durch den Abbau von Lipiden bereit- gestellt
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Die Umwandlung von Glycerol in DHAP
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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
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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
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O NH N S (CH2)4-CO C O OOC-C-CH2 Pyruvat (enolat) OOC-C-CH2-COO O Oxalacetat
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OOC-C-CH2-COO O Oxalacetat
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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
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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
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niedrige Energieladung der Zelle:
Glycolyse wird verstärkt hohe Energieladung in der Zelle: Glyconeogenese wird verstärkt
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