a) Nennen sie Typen von Fe-S-Zentren und zeichnen sie sie jeweils in der Enzym Bindungstasche
b) Was ist die Aufgabe der Fe-S-Zentren? Nennen sie ein Protein als Beispiel
c) Welche besondere Rolle nehmen Fe-S-Zentren bei der Aconitase ein?
d) Welche Reaktion katalysiert die Aconitase in welchem Stoffwechselweg?
a) [2Fe-2S], [3Fe-4S], [4Fe-4S]
b) Elektronentransfer, als Cofaktor in Enzymen, Fe2+/Fe3+--> Beispiel: NADH-Dehydrogenase in Atmungskette, Aconitase in Citratzyklus
c) [4Fe-4S]-Cluster in Aconitase--> nicht als Elektronentransfer, sonder katalytisches Zentrum/aktives Zentrum--> wenn Cluster weg dann Regulatorprotein für Eisen
d) Isomerisierung, Citrat zu Isocitrat, Citrat-Zyklus
ALAT = Alanin-Aminotransferase (Leber)
ASAT = Aspartat-Aminotransferase (Leber und Muskel)
GIDH = Glutamatdehydrogenase (Leber)
LDH1 = Lactatdehydrogenase Isoenzym 1 (Herzmuskel)
CK = Kreatinkinase (Herz und Skelettmuskeln)
AP = Alkalische Phosphatase (Leber)
Enzyme im gesunden Menschen intrazellulär--> wenn Enzyme im Serum und co dann Hinweis auf Zellschädigung oder Zelltod
genannten Enzyme sind alles Zellenzyme
Kompartimente des Mitochondriums nennen. Für jedes Kompartiment 2 Stoffwechselwege angeben.
Außenmembran: Carnitin-Shuttle, Lipidbiosynthese
Intermembranraum: Cytochrom c-Freisetzung (Apoptose), Kreatinphosphat-Shuttle
Innenmembran: Atmungskette (Elektronentransportkette), ATP-Synthese durch ATP-Synthase
Matrix: Citratzyklus, Beta Oxidation
Wesentliche Schritte der Atmungskette unter Berücksichtigung des Protonengradienten
Komplex I: NADH Ubichinon Oxidoreduktase, Transport 4H+ in Intermembranraum--> NADH zu NAD+ und Hybridion--> Hybridion und FMN zu FMNH2 und wieder zurück--> 2e- über FeS-Zentren zu Ubichinon (Q)--> Ubichinon zu Ubihydrchinon (QH2) in innerer Membran
Komplex II: Succinat-Ubichinon-Oxidoreduktase (mit Häm b560), kein H+ Transport, Succinat zu Fumarat und dadurch FADH2, FADH2 zu FAD und 2e- über FeS-Zentren zu Ubichinon (Q)--> Q zu QH2 in innerer Membran
Komplex III: Ubichinol-Cytochrom-c-Oxidoreduktase, H+ Tansport in Intermembranraum, Q-Zyklus mit 2 Halbzyklen, Wechsel von Q und QH2--> Netto: 2H+ pro Oxidiertes Ubihydrochinon
Komplex IV: Cytochrom-c-Oxidase, 4H+ in Intermembranraum, Cytochrom c 4e- an CuA , dann zu Häm a und Häm a3 , gleichzeitig Sauerstoff an CuB--> CuB und Häm a3 als binukleäres Zentrum für Sauerstoffverbrauch (4H+ und O2 aus Matrix zu 2 H2O
Komplex V: ATP Synthase, Protonengradienten zur Synthese von ATP aus ADP und Pi
Cu im Komplex IV
Ketonkörper
a. Wann und von welchem Organ wird Ketogenese betrieben? Was ist Ketogenese?
b. Ketonkörper nennen und zeichnen.
c. Welchen Einfluss hat Fasten auf den Kohlenhydrat-, Aminosäure- und Fettstoffwechsel?
a) längeres Fasten, Diabetes mellitus, Kohlenhydratarme Ernährung, Mitochondrien in Leber--> Ketogenese: Umwandlung Acetyl CoA in Ketonkörper (viel Acetyl CoA aber wenig Oxalacetat, kein Citratzyklus)
b)
c) Kohlenhydratstoffwechsel: Gluconeogenese steigt (zu wenig Glucose), Aminosäurestoffwecshel: Muskelproteinabbau, Alanin/Glutamin für Gluconeogenese (Aminotransferase steigt), Fettstoffwechsel: Lipolyse steigt, beta Oxidation, viel Acetyl CoA, viel Ketonkörper
Coenzyme (7 Pkt.)
a) Biotin, wo kommt es vor, nenne das zugehörige Vitamin, wofür ist das da, nenne 2 Stoffwechselwegen, in denen Biotin eine Rolle spielt und erkläre seine Rolle
b) Thiamin, welches Vitamin, in welcher Form ist es katalytisch aktiv, wo kommt es vor, nenne 2 Enzyme in denen Thiamin eine Rolle spielt
und Strukturen
a) Vitamin B7, B8, H aus Lachs--> Carboxylierug oder Carobxygruppentransfer zw. SUbstraten--> Acetyl-CoA-Carboxylase (Acetyl-CoA zu Malonyl-CoA, Fettsäurebiosynthese UND Pyruvat Carboxylase (Pyruvat zu Oxalacetat, Gluconeogenese)
b) VItamin B1 aus Haferflocken--> Transfer C2 Fragmeneten mit Carbonylgruppe--> alpha-Ketoglutarat-DH (Alpha-Ketoglutarat zu Succinyl-CoA, Citrat Zyklus) UND Pyruvat Dehydrogenase Komplex (E1, Pyruvat zu Acetyl CoA)
Metabolismus
a) Wie erzeugen Erythrozyten Energie, wenn sie kein Mitochondrium besitzen? (1 Pkt.)
b) Wie ist die Struktur von Glutathion? Welche Aufgabe erfüllt es? (4 Pkt.)
c) Bei der Erkrankung hämolytische Anämie handelt es sich um ein Enzymdefekt (wenn Peroxid haltige Lebensmittel aufgenommen werden). Welches Enzym ist betroffen und wie kommt es zur Anämie?
a) anaerobe Glykolyse: Glucose zu Lactat durch LDH und ATP Erzeugung
--> Glutaminsäure, Cystein, Glycin
Aufgabe: Antioxidans, neutralisierte reaktive Sauerstoffspezies (ROS) wie Wasserstoffperoxid--> Glutathion zu GSSG (oxidiert) und durch Glutathion Reduktase regeneriert
c) Glucose-6-phosphat-Dehydrogenase-Mangel (Pentosephosphatweg, liefer NADPH)--> nicht ausrechend NADPH gebildet--> reduziertes GLutathion fehlt (weniger Regeneration)--> oxidaiver Stress durch Peroxide--> Erythrozytenmembranen werden geschädigt--> Hämolyse--> Anämie
Welche Reaktionen katalysieren folgende Enzyme?
Phosphatase
Phospholipase
Protease
Phosphatase: Abspaltung Phosphatgruppe (Hydrolyse)
Phospholipase: Spaltung Phospholipide (PLC in DAG und IP3)
Protease: Spaltung von Peptidbindungen in Proteinen
a) nennen Sie je einen Stoffwechselweg, in dem folgende Substanzen vorkommen
Citrullin
alpha-Ketoglutarat
Fructose-6-phosphat
ß-Ketoacyl-CoA
Citrullin: Harnstoffzyklus
alpha Ketogultarat: Citratzyklus
Fructose 6 phosphat: Glykolyse/Pentosephosphatweg
beta-Ketoacyl-CoA: beta Oxidation der Fettsäuren
c) welchen Cofaktor hat die Glykogen- Phosphorylase und von welchem Vitamin stammt dieser? Wie ist der Cofaktor im Enzym gebunden?
d) Nennen und beschreiben sie kurz 3 Reaktionen an den der Cofaktor aus Aufgabe c) vorkommt
c) Cofaktor: Pyridoxalphosphalt/PLP (Vitamin B6 Pyridoxin)--> kovalent über eine Schiff'sche Base mit epsilon-Aminogruppe eines Lysinrest im aktiven Zentrum des Enzyms
d)
Transaminierung (Alanin und alpha Ketoglutarat zu Pyruvat und Glutamat, Überträgt Aminogruppe)
Decarboxylierung (Glutamat zu gamma-Aminobuttersäure)
Glykogenolyse (Glucose zu Glucose 1 phosphat, Stabilsierung Übergangsprodukt)
erster Schritt bei Aminosäure Abbau. Mechanismus erläutern (4 Schritte)
Enzym: Transaminase (Aminotransferase)
Cofaktor: Pyridoxalphoshat (PLP aus Vitamin B6 Pyridoxin)
Schiff'sche Base Bildung (Aminogrupppe der Aminosäure mit Aldehydrgruppe von PLP zu Imin)
Ketimin Zwischenstufe: Umalgerung der Elektronen (instabil)
Abspaltung Aminogruppe: Aminogruppe auf PLP--> PLP zu PMP (Pyridoxalmonophosphat)--> Aminosäure zu alpha-Ketosäure
PMP reagiert mit zweiter alpha-Ketosäure--> Übertragung Aminogruppe (PMP wieder zu PLP)
Welche Reaktion wird von Glutamat Deyhdrogenase katalysiert? Reaktion ohne Strukturformel
oxidative Desaminierung
primär in Leber
Glutamat + NADP+ oder NAD+ + Wasser <-> alpha-Ketoglutarat + NADPH/NADH + H+ + NH4+
REVERSIBEL
Abbau von Aminosäuren zu Ammoniak und alpha Ketosäure
gewonnenes alpha Ketoglutarat in Citratzyklus einspeisen
Vitamine: B1, B2, B3, B5, B6, HNamen?Coenzym/Enzym in dem das vorkommt?
B1: Thiamin--> Thiaminpyrophosphat (TPP) bei Pyruvat Dehydrogenase (E1)
B2: Riboflavin--> Flavinadenindinukleotid (FAD) oder FMN--> Succinat Dehydrogenase (Komplex I und II Atmungkette)
B3: Niacin/Nicotinsäure--> Nicotinadenindinucleotid (NAD+/NADP+)--> Lactat Dehydrogenase
B5: Pantothensäure--> Coenzym A--> Citrat Synthase
B6: Pyridoxin--> Pyridoxalphosphat (PLP)--> Transaminasen
H: (B7/B8) Biotin-_> Biotin--> Pyruvat Carboxylase, Acetyl CoA Carboxylase
3. Aufgabe Glykolyse 6P
a) Reaktionen aufschreiben, die ATP verbrauchen, Edukt, Produkt und Enzyme
b) Bei welcher Reaktion der Glykolyse entsteht CO2?
a) 2 Reaktionen: Glucose durch Hexokinase (irreversibel) zu Glucose-6-phosphat UND Fructose-6-phosphat durch Phosphofructokinase (irreversibel) zu Fructose-1,6-bisphosphat
b) bei aerober Glykolyse: Pyruvat zu Acetyl CoA durch Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex; bei anaerober Glykolyse: Pyruvat zu Acetaldehyd
Pentosephosphatweg 5P
a) Produkte nennen, die in andere Stoffwechselwege eingeschleust werden, beides nennen 4P
b) Strukturellen Unterschied zwischen NAD+ und NADP+ 1P
c) Welches Enzym nutzt NADPH, welches nicht im Pentosephosphatweg vorkommt? 1P
a)
Ribose-5-phosphat in Nukleotidsynthese
Glycerinaldehyd-3-phosphat/Fructose-6-phopshat entweder Glykolyse oder GLuconeogenese
NADPH für reduktive Biosynthesen (Fettsäuren, Cholesterin)
b) NADP zusätzliche Phosphatgruppe an 2' Position der Ribose
c) Fettsäuresynthase: NADPH als Reduktionsmittel bei Verlängerung von Fettsäureketten--> 2 Reduktasen
Warum bilden sich Ketonkörper, den Bezug zum Citratzyklus erklären
bei Energie- und Kohlenhydratmangel
Bei Fasten, Kohelnhydratarmer Ernöhrung und Diabetes Mellitus
Citratzyklus: Wenn viel Acetyl CoA vorliegt aber Mangel an Oxalacetat--> kein Citratzyklus--> Ketogenese
4 Stufen der Energiegewinnnung im Katabolismus plus Skizze
Hydrolyse der Nährstoffe in Grundbausteine
Überführung in Acetyl CoA
Oxidation Acetyl-CoA zu CO2
Reduktionsäquivalente(NADH und FADH2 bspw aus Citratzyklus) aus 2 und 3 zur ATP Gewinnung
Aufgabe 4) Welche Substanz hat das größte Phosphatgruppenübertragungspotenzial im Körper? (mit Struktur) Warum wird trotzdem meist ATP verwendet? Wie kann NAD+ zurückgewonnen werden? (aerobe und anaerobe Stoffwechselwege berücksichtigen)
größtes Phosphatgruppenübertragungpotential: Phosphoenolpyruvat (PEP zu Pyruvat)
P = PO4 3-
ATP ist stabiler, kontrollierte Hydrolysierung, universell verfügbar, mehrere Phosphatgruppenübertragung möglich--> PEP reaktionsspezifisch
NAD+ zurückgewonnen einfach per Elektronentransportkette/Atmungskette (aerob) oder durch Lactatdehydrogenase (anaerob, Pyruvat zu Lactat)
a) Beschreiben der Reaktionen von
Phosphorylase
Lyase
Phosphorylase: Spaltet eine Bildung unter Zugabe von anorganischem Phosphat (Pi) (Glykogenphosphorylase)
Lyase: spaltet Moleküle/Pindungen ohne Wasser oder Redoxreaktion
Aufgabe 6) Glykogenphosphorylase als Schlüsselenzym
wie wird es als Schlüsselenzym reguliert
den Signalweg von Glucagon und Adrenalin erklären
Regulation: aktiviert durch Phosphorylierung durch Phohrylase-Kinase, Inaktivierung durch Proteinphosphatase 1 (Entfernung Phosphatgruppe), Glucagon und Adrenalin als Signalgeber
Signalweg Glucagon und Adrenalin:
Bindung an GPCR
Aktivierung Adenylatcyclase-->cAMP steigt
cAMP aktiviert PKA
PKA phosphoryliert Phosphorylase-Kinase
Phoshorylase-Kinase aktiviert Glykogenphosphorylase--> Glykogenabbau
Welchen Einfluss hat Glucagon auf cAMP und und wie wird Produktion von Fructose-2,6-Phosphat und Fructose-6-phosphat verändert?
Auf welches Enzym hat es einen Einfluss?
Glucagon bindet an GPCR--> aktviert Adenylatcyclase--> cAMP steigt--> PKA wird aktiviert
PKA phosphoryliert PFK-2/FBPase-2 (biofunktionales Enzym = Phosphofructokinase-2/Fructose-2,6-bisphosphatase)
Phosphatase Domäne wird aktiviert--> Fructose-2,6-Bisphosphat wird zu Fructose-6-phosphat-abgebaut
Glykolyse wird gehemmt, Gluconeogenese steigt
verwendete Nukleotide für folgende Stoffwechselwege:
Glykolyse
Glykogensynthese (ausgehend von Glucose-6-phosphat)
Gluconeogenese
Harnstoffzyklus
Citratzyklus
Glykolyse: ATP/ADP, NAD+/NADH
Glykogensynthese (ausgehend von Glucose-6-phosphat): UTP
Gluconeogenese: ATP, GTP, NADH
Harnstoffzyklus: ATP, ADP, AMP
Citratzyklus: NAD+/NADH, FAD/FADH2, GTP/GDP
b) Nennen Sie drei Reservestoffe des menschlichen Körpers, aus denen unter energetisch ungünstigen Bedingungen Energie in Form von ATP generiert werden kann! (1,5 Punkte)
c) Was versteht man unter dem elektrochemischen Gradienten der protonenmotorischen Kraft? (2 Punkte)
b) Glykogen (Glykogenolyse), Fettsäure (mit beta Oxidation), Proteine (Transaminierung)
c) Protonenmotorische Kraft ist elektrochemischer Gradient über innere Mitochondrienmembran--> chemischer Gradient (delta pH), da Unterschied zw. pH in Matrix und Intermembranraum--> elektrische Gradient: Membranpotential durch Ladungstrennung (außen mehr positiv)--> Gradienten treiben ATP-Synthase an
a) Definieren Sie den Begriff Schlüsselenzym! (1 Punkt)
a) Enzym, welche geschwindigkeitsbestimmende Reaktion im Stoffwechselweg regulatorisch kontrolliert
Erläutern Sie am Beispiel der Glykogensynthese, wie die Aktivität eines Schlüsselenzyms reguliert werden kann! (4 Punkte)
Schlüsselenzym Glykogensynthese: Glykogensynthase
Hormonell: Insulin desphosphoryliert Enzym (aktiviert) durch Phosphatase und Glucagon/Adrenalin phosphoryliert Enzym (hemmt) durch PKA
Glucose-6-phosphat aktiviert allosterisch
Enzymkaskaden: Proteinphosphatase 1 (PP1) aktiviert Glykogensynthase, PKA hemmt PP1 und hemmt indirekt Glykogensynthase
Benennen Sie das Schlüsselenzym der Glucogenolyse
Glykogenphosphorylase
Erläutern Sie den Begriff der reziproken Regulation bei Glykogensynthase und Glykogenphosphorylase
reziproke Regulation: gegenseitige, koordinierte Steuerung zweier entgegengesetzter Stoffwechselwege (Glykogensynthese vs. Glykogenolyse)--> gleichzeitiger Aufbau und Abbau verhindert
Insulin: aktiviert Glykogensynthase (Synthese steigt) und hemmt Glykogenphosphorylase (Abbau sinkt)
Glucagon/Adrenalin: aktiviert Glykogenphosphorylase (Abbau steigt) und hemmt Glykogensynthase (Synthese sinkt)
Welche Nukleotide dabei notwendig:
beta Oxidation
Glykogensynthese
beta Oxidation: FAD, NAD+, ATP/AMP
Glykogensynthese: ATP, UTP (--> Bildung UDP-Glucose)
Glykogensynthase Aktivierung/ Deaktivierung erklären
Glykogensynthase phosphoryliert (inaktiv) und dephosphoryliert (aktiv)
Insulin vermitteln PP1 - Aktivierung (Proteinphosphatase 1)--> Dephosphorylierung--> Glykogensynthase aktiviert
Glucose-6-phosphat als allosterische Aktivierung
Glucagon/Adrenalin an GPCR--> cAMP steigt--> cAMP aktiviert PKA--> PKA phosphoryliert G-Untereinheit von PP1--> Ablösung der PP1 von Glykogenpartikel--> kein Dephosphorylierung (also Phosphorylierung)--> Glykogensynthase gehemmt und Glykogenphosphorylase aktiviert
Nenne 3 alternative Metabolite für ATP-Produktion
Fettsäuren--> Carnitin Shuttle und beta-Oxidation--> Acetyl-CoA für Citratzyklus
Aminosäuren--> Transaminierung/Desaminierung--> Pyruvat, Acetyl-CoA alpha-Ketoglutarat, Succinyl-CoA, Fumarat für Citrazyklus
Glykogen--> Glykogenolyse und Glykolyse
--> bei allen Citratzyklus und dann FADH2 und NADH für Atmunskette
Welche Reaktion verbindet die Glykolyse mit dem Citratzyklus? Ausgangsstoff und Produkt benennen.alle 3 EnzymeWo?
oxidative Decarboxylierung
Pyruvat zu Acetyl CoA
Pyruvat-Dehydrogenase-Multienzymkomplex
E1: Pyruvat Dehydrogenase mit TPP als Coenzym
E2: Dihydrolipoyl Transacetylase
E3: Dihydrolipoyl Dehydrogenase mit FAD/FADH2 und NAD+/NADH
Wo: Mitochondrienmatrix
Wie wird bei der oxidativen Phosphorylierung ATP gewonnen? Kurz den Ablauf beschreiben?
Wo findet die oxidative Phosphorylierung (oder der Citratzyklus?) statt?
Elektronentransportkette mit Komplex I-IV (alle H+ Transport in Intermembranraum außer II)
ATP-Synthase (Komplex V)-->nutzt Rückströmung der Protonen in Matrix und elektrochemischen Gradienten
Oxidative Phosphorylierung: Elektronentransportkette/Atmungskette und ATP Synthese
Wo: Mitochondrienmatrix an innerer Mitochondrienmembran (Citratzyklus in Mitochondrienmatrix)
Aufg. 4 Enzyme
a) Was sind Isoenzyme? Erläutern und zwei Beispiele nennen. Welche Bedeutung haben Isoenzyme für die Diagnostik?
b) Beschreiben Sie den Einfluss von Enzymen auf die katalytische Reaktion, passenden Graphen zeichnen.
a) Isoenzyme: von verschiedenen Genen codierte Enzyme die die gleiche biochemische Reaktion katalysieren, Unterschied in Primärsequenz, Art ihrer Regulierung und Vorkommen
Beispiele: LDH1 bis LDH5 (LDH1 im Herz und LDH5 in Leber/Skelettmuskel), CK-MM (Muskel), CK-MB (Herz), CK-BB (Gehirn)
Isoenzyme ermöglichen gewebsspezifische Zurodnung--> Hinweise auf Zellschädigung und Zelltod
b) Enzyme beschleunigen Reaktionen, schnelle Gleichgewichtseinstellung, senken, Aktivierungsenergie, stabiliseren Übergangzustand
a) Nennen Sie drei Reaktionen, bei denen NAD+ (oder NADH) verwendet wird. (1,5 Punkte)
b) Wie wird der Wasserstoff auf NAD+ übertragen? (1 Punkt)
c) Wie kann die Ab- bzw. Zunahme von NADH verfolgt werden? Warum ist das interessant? (1,5 Punkte)
a) Glykolyse (Glycerinaldehyd-3-DH, Glycerinaldehyd-3-phost zu 1,3 Bisphosphoglycerat), Citratzyklus (Isocitrat-DH, Isocitrat zu alpha Ketoglutrarat), Milchsäuregährung (anaerob, LDH, Pyruvat zu Lactat)
b) NAD+ nimmt 2e- und 1H+ auf--> Reduktion zu NADH--> zweites H+ bleibt im Cytoplasma--> formal Aufnahme von Hybridion (H-)
c) NADH absorbiert Licht bei 340 nm (messbar), NAD+ bei 260 nm--> Änderung der Absorption zeigt Zunahme oder Abnahme bei NADH--> Einblick in Redoxstatus und somit indirekt Aktivität von Dehydrogenase und Stoffwechselwegen
Metabolismus (8 Punkte)
a) Notieren Sie (inklusive Strukturformeln!) die geschwindigkeitsbestimmende Reaktion des Citratzyklus. (4,5 Punkte)
b) Welche relevanten Stoffe werden aus Acetyl-CoA bei Durchlauf eines vollständigen Zyklus gebildet? Beachten Sie dabei auch Stöchiometrien. (2,5 Punkte)
c) Was ist eine anaplerotische Reaktion? (1 Punkt)
a) irreversibel, stark exergon:
b) 2 CO2, 3 mal NADH + H+, 1 FADH2, 1 GTP
c) "Auffüllreaktion", Regeneration der Intermediate des Citratzyklus--> Pyruvat zu Oxalacetat mittels Pyruvatcarboxylase oder Aminosäure Abbau
Diagnostische Bedueutng von Isoenzymen und 2 Beispiel für LDH
Gewebespezifisch: Erhöhte Konzentration eines bestimmten Isoenzyms im Blut zeigt, welches Organ geschädigt ist.
LDH-1 ↑ → Hinweis auf Herzinfarkt
LDH-5 ↑ → Hinweis auf Leber- oder Muskelschaden
Reaktion der Lactatdehydrogenase mit Strukturformeln
Erklären Sie am Beispiel der Reaktionen der Phosphofructokinase und Fructose-1,6-bisphosphatase, wie diese Reaktionen reguliert werden. Nennen sie jeweils einen Stoff, der aktivierend oder hemmend wirken kann
Phosphofructokinase 1: Schlüsselenzym Glykolyse--> Fructose-6-Phosphat zu Fructose-1,6-bisphosphat
PFK1 aktiviert durch Fructose-2,6-bisphosphat und gehemmt durch ATP (Glykolyse gedrosselt)
Fructose-1,6-bisphosphatase: Schlüsselenzym Gluconeogenese--> Fructose-1,6-bisphosphat zu Fructose-6-phosphat
FBPase aktiviert durch Citrat (Signal für ausreichende Energie) und gehemmt durch Fructose-2,6-bisphosphat als reziproke Regulation
Wieso kommt es zu einem Mangel an Oxalacetat im Körper? (4 Unterpunkte)
bei Fasten, Low Carb ernährung oder Diabetes wird Oxalacetat mehr für Glucose Neubildung verwendet--> mehr Gluconeogenese
wenn Glykolyse gehmmt--> weniger Oxalacetat uas Pyruvat
Vitaminmangel (benötigt Cofaktor fehlt)
hohe Synthese von Aminosäuren
Wo kommen FAD und FADH2 vor und was bedeuten die Abkürzungen?
FAD: Flavin-Adenin-Dinukleotid
FADH2: reduzierte Form von FAD
kommen aus Riboflavin (Vitamin B2)
Citratzyklus bei Succinat Dehydrogenase (Succinat zu Fumarat)
beta Oxidation bei Acyl-CoA-Dehydrogenase (Acyl-CoA zu alpha-beta-Enoyl-CoA)
Atmungskette bei Succinat Dehydrogenase (Komplex II, FADH2 gibt Elektronen an Ubichinon)
a) Wie lautet die Glucose-6-Dehydrogenasereaktion (mit Strukturformeln)
b) Was ist bei dieser Dehydrogenase anders als bei denen des Citratzyklus. (3 Dinge)
c) Welches Enzym trägt Lysin im aktiven Zentrum und hat die Aufgabe des C3-Transfers
a) Pentosephosphatweg oxidativer Teil, Schlüsselenzym, irreversibel,
b) nutzt NADP+ statt NAD+ (Citratzyklus), im Zytosol statt Mitochondrienmatrix (Citratzyklus), liefert NADPH für Biosynthese statt NADH/FADH2 für ATP Produktion (Citratzyklus)
c) Transaldolase--> C3-Einheit von Ketose auf Aldolase--> nichtoxidativer Teil vom Pentosephosphatweg--> Lysinrest bildet mit Carbonxylgruppe der Ketose eine Schiff'sche Base--> Sedoheptulose-7-phosphat + Glycerinaldehyd-3-phosphat ⇌ Fructose-6-phosphat + Erythrose-4-phosphat
Korrigiere die Aussagen:
Prosthetische Gruppe von Carboxylase ist Thiamin.
Bei der Fettsäuresynthese wird NADH als Reduktionsmittel verwendet.
Nach der Aktivierung erfolgt die Übertragung auf das Catalyzing Enzyme (CE)
Die Fettsäuresynthese kann maximal C18 Fettsäuren synthetisieren.
Die Fettsäuresynthese endet mit der Thiolase.
falsch--> Biotin als prosthetische Gruppe
falsch--> NADPH
falsch--> Condensing Enzyme (CE)
falsch--> primär bis C16 (Palmitat) und längere Ketten durch Verlängerungsenzyme im ER
falsch--> Synthese endet mit Thioesterase
Nennen Sie die Einflüsse der Hormone Insulin und Glucagon auf die folgenden Stoffwechselwege und erklären Sie die Auswirkung ausführlich.
a) Einfluss von Insulin und Glucagon auf die Glykogenolyse und Glykogensynthese.
b) Einfluss von Insulin und Glucagon auf die Lipolyse und die Fettsäurebiosynthese.
a) Insulin fördert Glykogensynthese und hemmt GLykogenolyse--> Glykogensynthase durch Dephosphorylierung via PP1 (Proteinphosphatase 1) aktiviert--> gleichzeitig Inaktivierung durch Dephosphorylierung von Glykogenphosphorylase (senkt cAMP, wenig PKA Aktivität, weniger Phosphorylierung)--> GLucose speicher, Blutzuker senken
GLucagon: fördert Glykogenolyse (Glykogenphosphorylase aktiviert durch Phosphorylierung, cAMP steigt, PKA steigt)--> hemmt Glykogensynthese (Glykogensynthase durch PKA phosphoryliert und inaktiv)
b) Insulin hemmt Lipolyse--> Phosphodiesterase aktiviert--> cAMP sinkt--> PKA sinkt--> HSL sinkt--> weniger Spaltung von Triglyceriden; gleichzeitig mehr Fettsäurebiosynthese--> aktiviert Acetyl-CoA Carboxylase--> Malonyl CoA
Glucagon: genau andersherum--> Lipoplyse steigt, Lipogenese sinkt (PKA phosphoryliert, inaktiviert Acetyl CoA Carboxylase und cAMP steigt, PKA steigt--> HSL aktiviert)
a) In welchen Stoffwechselwegen kommt dieser Stoff vor & wofür wird es verwendet? (5)
b) weiteres Beispiel als Knotenpunkt nennen (5)
a) Glykolyse (Uwandlung zu Fructose-6-phosphat zur Energiegewinnung), Gluconeogenese (Rückbildung zu Glucose, Glucosespeicher), Pentosephosphatweg (Bildung Ribose 5 Phosphat für Nukleotidsynthese oder Glycerinadlehyd 3 phosphat), Glykogensynthese (Umwandlung zu Glucose-1-phosphat), indirekt Glykogenolyse (ist Endprodukt)
b) Pyruvat als Knotenpunkt: Citratzyklus (Umwandlung zu Acetyl Coa, Energiegewinnung), Milchsäuregärung (Anaerob, NAD+ Regeneration), Gluconeogenese (Umwandlung zu Oxalacetat), alkoholische Gärung (Ethanol über Acetaldehyd, NAD+ Regeneration), Aminosäuresynthese (Transaminierung)
Aufgabe 6: Definitionena) reziproke Rückkopplungb) negative Rückkopplungc) Substratkettenphosphorylierungd) energetische Kopplung
a) gegenseitige Regulation zweier entgegengesetzter Stoffwechselwege (ein Weg wird aktiviert und der andere gehemmt)
b) Endprodukthemmung, Endprodukt hemmt Aktivität eines Enzym am Anfang vom Stoffwechselweg
c) ATP oder GTP direkt aus energierereichen Zwischenprodukten gebildet (ohne Atmungskette oder Sauerstoff)
d) Verknüpfung einer erngieverbrauchende (endogene) Reaktion mit energieerzeugende (exerogene) Reaktion--> Gesamtreaktion thermodynamisch möglich
Aufgabe 11: Transaminierungsreaktion beschreiben. Zu welcher Enzymhauptklasse gehört das Enzym? Andere Enzymklassen nennen
reversible Reaktion, Aminogruppe von Aminosäure auf alpha Ketosäure und damit neue Aminosäure und neue alpha Ketosäure
Beispiel: ALAT (Alanin Aminotransferase) PLP als Coenzym, Alanin + alpha Ketoglutarat <-> Pyruvat + Glutamat
Transaminase zur Enzymklasse der Transferasen (EC-Klasse 2)
Nenne alle 7 Enzymhauptklassen
Oxidoreduktasen/Dehydrogenasen (Elektronentransfer)
Transferasen--> Gruppenübertragung (Transaminasen, Kinasen)
Hydrolasen--> Spaltung durch Wasser (Peptidase, Lipase)
Lyasen--> nicht hydrolytische Spaltung (Decarboxylase, Aldolase)
Isomerasen--> Isomerisierung
Ligasen--> Knüpfen einer Bindung unter ATP Verbrauch
Translokasen--> Transport über Membranen
Knotenpunkt: Glucose-6-phosphat
Knotenpunkt: Pyruvat
Knotenpunkt: Acetyl CoA
2 Aufgaben von NADPH
reduktive Biosynthesen (Fettsäure und Cholesterinsynthese)--> NADP+ bei Pentosephosphatweg
Schutz vor oxidativem Stress--> Regeneration von Glutathion in Erythrozyten
Produkte für die Nukleotidsynthese aus Pentosephosphatweg
Ribose-5-phosphat im oxidativen Teil--> Zuckergrundgerüst Nukleotide
Xylulose-5-phosphat und Ribulose-5-phosphat aus nicht oxidativen Teil
Was macht ein Schlüsselenzym aus - thermodynamisch betrachtet?
katalysiert geschwindigkeitsbestimmend Reaktion (meist irreversible)
stark exergon (hohes negatives delta G)
Übergangszustand wird stabilisiert (schneller erreicht)
3 allosterische Regulatoren der Pyruvat Kinase
Fructose-1,6-Bisphosphat--> aktivierend
ATP--> hemmend (Energieüberschuss vorhanden, Glykolyse gedrosselt)
Alanin--> hemmend (ausreichende Pyruvatversorgung)
Regulation von FADH2
nur indirekte Regulation über Enzyme, Substrate und Energiebedarf der Zelle
Zeige den Carnitinzyklus - Carnitin-Shuttle
diagnostische relevante Transaminasen und Krankheiten (2)
Alanin-Aminotransferase (ALAT / GPT)
Leber-spezifisch
Erhöht bei Hepatitis, Leberzellschädigung, Fettleber
Aspartat-Aminotransferase (ASAT / GOT)
In Leber, Herz, Muskel
Erhöht bei Herzinfarkt, Muskelverletzungen, Lebererkrankungen
➡️ Beide Enzyme werden im Blut gemessen. Ihr Verhältnis (De-Ritis-Quotient) hilft bei der Differenzierung von Leber- vs. Herzschäden
Reaktionsschritte der beta Oxidation (4)
Stoffwechselwege: Harnstoffzyklus, Citratzyklus, beta Oxidation, Glykolyse, Gluconeogenese, Glykogensynthasen, Pentosephoshatweg2 relevante Organe für Stoffwechselwege?Woe die meisten Stoffwechselprozesse?
Leber: Harnstoffzyklus, Glykolyse und co
Muskel: hoher Energiebedarf--> GLkoylse, beta Oxidation, Citratzyklus
die meisten Stoffwechselprozesse in Leber (Lipidstoffwechsel, Aminsoäureabbau, Harnstoffzyklus, Glucose/GLykogenregulation)
Citrullin aus Harnstoffzyklus--> Harnstoffzyklus AUSSCHLIEßLICH in Leber
Glucosephosphat-Mutase:1. Reaktion zeichen2. Mechanismus erläutern3. Reaktion ist vollständig reversibel. Was hat das für eine Bedeutung fürs Enzym?
vollständig reversibel--> flexibler Umschaltpunkt: entweder Glykogenolyse oder Glykogensynthese--> ideal für Regulation und Stoffwechselanpassung
Enzyme, die für die Umgehungsreaktionen der Gluconeogenes benötigt werden (4)Wo findet Gluconeogenes nur statt?
nur in Niere und Leber
Pyruvat Carboxylase: Pyruvat zu Oxalacetat in Mitochondrienmatrix (ATP und Biotin)
Phophoenolpyruvat-Carboxykinase: Oxalacetat zu Phosphoenolpyruvat (im Cytosol und Mitochondrien, GTP)
Fructose-1,6-bisphosphatase: Fructose-1,6-bisphosphat zu Fructose-6-phosphat (im Cytosol, Regulation durch Fructose-2,6-bisphosphat)
Glucose-6-phosphatase: Glucose-6-phosphat zu Glucose (IM GLATTEN ER)
Atmungskette
a) Nennen Sie 3 Enzyme, in denen ein FeS-Zentrum vorkommt
b) Welche Elektronentransporter kommen in der Atmungskette vor? (7)
c) Erklären Sie die Reaktion der Succinat-Dehydrogenase im Citratzyklus und die Funktion in der Atmungskette
a) Komplex I (NADH Dehydrogenase), Komplex II (Succinat Dehydrogenase), Komplex III (Cytochrom c Reduktase, Rieske-FeS-Zentrum)
b) Ubichinon (Coenzym Q), Cytochrom c, Eisen-Schwefel-Zentren, Hämgruppen (Cyotochrome), FAD, NAD+, FMN
c) im Citratzyklus: Succinat + FAD --> Fumarat + FADH2
in Atmungskette: FADH2 an Enzymgebunden und gibt e- über FeS-Zentren an Ubichinon (Q)--> Ubihydrochinon (QH2)--> e- zu Komplex II
Transaminase
a) Nennen Sie das Coenzym und zeichnen Sie die Struktur. In welchem Enzym kommt es noch vor?
b) Welche Reaktion katalysieren Transaminasen? Schreiben Sie die allgemeine Reaktion auf. Wie heißt der zugehörige Mechanismus?
a) Schiff'sche Base (Imin)
PLP auch in Glykogenphosphorylase (Glykogenolyse)
b) Transaminierung
PLP zu Schiff'sche Base mit Aminosäure--> "äußeres Aldimin"
Abspaltung Aminogruppe--> PMP entsteht
PMP überträgt Aminogruppe auf neue alpha Ketosäure
Bildung neuer Aminosäure + Regneration von PLP
a) Geben Sie die Schlüsselenzmye der Glykolyse an
b) Durch welche Modulatoren wird Phosphofructokinase-1 reguliert? Geben Sie an, ob es sich um eine Stimulierung oder Inhibition handelt. (4)
c) Was bedeutet Substratkettenphosphorylierung bei der Glykolyse?
a) Hexokinase (Glucose zu Glucose-6-phosphat), Phosphofructokinase (Fructose-6-phosphat zu Fructose-1,6-bisphosphat), Pyruvat-Kinase (Phosphoenolypryruvat zu Pyruvat)
b) Fructose-1,6-bisphosphat (aktivierend), AMP/ADP (aktivierend), ATP (hemmend), Citrat (hemmend)
c) Phosphatrest von energiereichem Zwischenprodukt auf ADP zur direkten Bildung von ATP OHNE Beteiligung von Atmungskette und Sauerstoff (Phosphoglycerat-Kinase und Pyruvat Kinase)
a) Pentosephosphatweg
b) glucose 6 phosphat --> 6 Phosphoglucono delta lacton
b) NADPH Aufgaben: Reduktionskraft für Biosynthesen, Schutz vor oxidativem Stress (Regeneration von Glutathion)
c) Ribose 5 Phosphat und NADPH
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