BC 1. Glykolyse

Nicotinamidadenindinukleotid [oxidierte Form]

NADP (phosphat) [reduzierte Form]

Vitaminvorstufe ist Nicotinat (Niacin, Vitamin B3)

aktiver Elektronen-Carrier, an anabolischen Prozessen beteiligt, kann 2 Elektronen und 1 Proton (also ein Hydridion) aufnehmen

Glucose in 10 Schritten der glykolyse zu Pyruvat

Pyruvat in Gärung zu Ethanol oder Lactat (o.a.) [netto 2 ATP]

Pyruvat zu Acetyl-CoA dann vollständige Oxidation zu CO2 in Citratzyklus [netto 30 ATP]

Stufe 1: Glucose gelangt in die Zelle und wird destabilisiert, es entstehen C3-Moleküle, welche ineinander umgewandelt werden können, ATP wird verbraucht

Stufe 2: Substratkettenphosphorylierung - ATP erzeugende Reaktionen der Glykolyse [läuft 2x ab weil zwei C3 Körper]

Reaktionsgleichung:

Glucose + 2Pi + 2 ADP + 2 NAD+ → 2 Pyruvat + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H20

mit dG = -96 kJ/mol

Phosphorylierung der Glucose

Glucose + ATP —> Glucose-6-phosphat + ADP + H+

Enzym: Hexokinase

allosterische Endprodukthemmung

stark exergonisch [-34 kJ/mol], induced fit = Hexokinase geschlossene Konformation mit Glucose hydrophobe Reaktionskammer

Glucose-6-Phosphat <—> Fructose-6-Phosphat

• Isomerisierung

• Enzym: Glucosephosphat-Isomerase

Aldehydgruppe wird zu Ketogruppe

Fructose- 6-phosphat + ATP -> Fructose-1,6-bisphosphat + ADP +H+

• Phosphofructokinase

• Phosphorylgruppenübertragung

• exergonisch -> irreversible Schrittmacherreaktion der Glykolyse

• allosterische Regulation über Energiegehalt ATP (-), AMP (+) (Bindung von ATP reduziert die Affinität für Fructose-6-phosphat)

• PFK in Leber - Citrat verstärkt hemmende Wirkung von ATP, F-2,6-BP (+) (erhöht Affinität für Fructose-6-Phosphat & reduziert Hemmeffekt ATP)

C6-Einheit zu zwei C3-Einheiten

Aldolase

Fructose-1,6-Bisphosphat <—> GAP (Glycerinaldehyd-3-phosphat) + DHAP (Dihydroxyacetonphosphat)

Gleichgewicht zu 96 % bei DHAP aber GAP weiter in Glykolyse

DHAP (Dihydroxyacetonphosphat) <—> GAP (Glycerinaldehyd-3-phosphat)

• Isomerisierung

• Enzym: Triosephosphat-Isomerase

• Gleichgewichtsreaktion

• Glutamat als Säure-Base-Katalysator und Histidin, welches die Katalyse unterstützt

Glycerinaldehyd-3-phosphat + Pi + NAD+ -> 1,3-Bisphosphoglycerat + NADH + H+

• Phosphorylierung gekoppelt mit Oxidation

• Enzym: Glycerinaldehyd-3-phosphat-Dehydrogenase (GAPDH)

• Reaktion läuft ab ohne ATP durch Thioester-Zwischenprodukt

1,3-Bisphosphoglycerat + ADP -> 3-Phosphoglycerat + ATP

• Phosphorylgruppenübertragung

• Enzym: Phosphoglyceratkinase

• ATP Erzeugung durch Substratkettenphosphorylierung

3-Phosphoglycerat <—> 2-Phosphoglycerat

• Phosphorylgruppenumlagerung

• Enzym: Phosphoglycerat-Mutase

2-Phosphoglycerat <—> Phosphoenolpyruvat + H20

• Dehydratisierung

• Enzym: Enolase

  
  

Phosphoenolpyruvat + ADP +H+ -> Pyruvat + ATP

• Phosphorylgruppenübertragung

• Enzym: Pyruvatkinase

• irreversible Reaktion, exergon [-17 kJ/mol]

• ATP Erzeugung druch Substratkettenphosphorylierung

• Regulation: ATP (-), Alanin (-), F-1,6-BP (+), PKA (-) nur in Leber

Leber:

Glucose + 2Pi + 2 ADP + 2 H+ → 2 Ethanol + 2 ATP + 2 CO2 + 2 H2O

Pyruvat-Decarboxylase mit Coenzym Thiaminpyrophosphat (TPP), Derivat von Vitamin B1

Alkohol-Dehydrogenase mit NADH + H+

—> in Hefen und Mikroorganismen

Glucose + 2Pi + 2 ADP → 2 Lactat + 2 ATP + 2 H2O

Lactat-Dehydrogenase mit NADH+ H+

—> in Mikroorganismen, Muskeln bei intensiver Belastung (Sauerstoffmangel), Erythrozyten

→ In Ruhe: keine Energie wird benötigt, viel ATP vorhanden (ATP hemmt PFK und Pyruvat-K), viel Produkt (Glucose-6-Phosphat hemmt Hexokinase) vorhanden, Glykolyse ist inhibiert & Muskelfaser entspannt

→ In Bewegung: Energie wird verbraucht, wenig ATP und mehr AMP (verdrängt ATP aus den 4 PFK Bindungstaschen), wenn viel Produkt aus PFK gebildet wird, wird auch die Pyruvat-Kinase angetrieben (feedforward Stimmulierung) -> Muskelfaserkontraktion

1. Schritt 1 der Glykolyse: Glucose + ATP -> Glucose-6-phosphat + ADP + H+, Katalysiert durch Hexokinase, Endprodukthemmung durch Glucose-6-phosphat

2. Schritt 3 der Glykolyse: Fructose-6-phosphat + ATP -> Fructose-1,6-bisphosphat + ADP + H+, Katalysiert durch Phosphofructokinase, Allosterische Regulation (ATP reduziert Affinität für Fructose-6-phosphat, AMP hebt Wirkung auf), niedriger pH (-) Muskel

   Sonderfall Leber: Citrat (-), F-2,6-BP (+) (gebildet durch PFK2 = bifunktionelles Tandemenzym mit Kinase- und Phosphatasedomäne)

3. Schritt 10 der Glykolyse: Phosphoenolpyruvat + ADP + H+ -> Pyruvat + ATP, Katalysiert durch Pyruvatkinase, ATP (-), Alanin (Strukturanalogon zu Pyruvat) (-), F-1,6-BP (+), PKA (Proteinkinase A) (-) nur in Leber

Schritt 6 der Glykolyse: Glycerinaldehyd-3-phosphat + NAD+ + Pi <--> 1,2-Bisphosphoglycerat + NADH + H+

• Energetisch günstige Reaktion ermöglicht über Thioesterzwischenprodukt eine ungünstige Reaktion (Dehydratisierung eig. endergonisch)

• Phosphorylierung mit einer Oxidation gekoppelt

• Arsenat bindet analog zu Phosphat an GAPDH

• 1-Arseno-3-Phosphoglycerat ist instabil und hydrolysiertspontan zu 3-Phosphoglycerat.

• ATP-Bildung (Substratkettenphosphorylierung) wird verhindert.

> anaerobe Bedingungen (Skelettmuskel) - Regeneration von NAD+ durch Pyruvatabbau, Pyruvat -> Lactat (Lactatdehydrogenase)

> aerobe Bedingungen - Regeneration cytoplasmatisches NADH aus Glykolyse

• Glycerol-3-phosphat Shuttle

• Malat-Aspartat-Shuttle (Herz/Leber)

  
  

Glykolyse: alle Zelltypen

Gluconeogenese: Leber (weil Glucose-6-phosphatase und PFK2 Leberspezifisch), (Niere)

a.

Schritt 6 der Glykolyse

Glycerinaldehyd-3-phosphat + NAD+ + Pi <—> 1,2-Bisphosphoglycerat + NADH + H+

Katalysierendes Enzym: Glycerinaldehyd-3-phosphat-Dehydrogenase (GAPDH)

b.

• Glycerin-3-phosphat Shuttle

• Malat-Aspartat-Shuttle (Herz/Leber)

c.

In Glykolyse - hemmt PFK indem es negative Wirkung von ATP verstärkt