03. Glykolyse

• Aufrechterhaltung eines Gleichgewichtzustandes:

  —> Temperatur, pH-Wert, Wassergehalt, Blutzucker

• Glucose wird auf 4-6 mM reguliert

• Energiezufur an Hirnzellen und Erythrozyten ausschließlich durch Glucose

• Überflüssige Glucose wird als Glykogen gespeichert

  —> Glycolyse

• Neuerzeugung von Glucose beim Fasten und bei Erschöpfung der Gylykogenreserven

  —> Gluconeogenese

Stufe 1:

• Glucose wird aufgenommen, destabilisiert und durch Spaltung der C6 Einheit Fructose entstehen 2 C3 verbindungen

Stufe 2:

• ATP und NADH werden erzeut und Pyruvat als Endprodukt hergestellt

Reaktion 1:

• Glucose wird am C-6 unter Umwandlung eines ATP zu ADP phosphoryliert

• diese Reaktion wird durch die Hexokinase katalysiert

• es ensteht unter Energieaufwand Glucose-6-phosphat

• Kann nicht aus der Zelle raus und steht zur Glykolyse zu verfügung

Reaktion 2:

• Glulose-6-phosphat wird in Fructose-6-phosphat isomerisiert durch die Phosphohexoseisomerase

Reaktion 3:

• Fructose-6-phosphat wird unter Umwandlung eines ATP zu ADP am C1 phosphoryliert

• es entsteht Fructose 1,6-Bisphosphat

Reaktion 4:

• Fructose-1,6-bisphosphat wird durch die Aldolase gespalten und es ensteht Glycerinaldehyd-3-phosphat und Dihydroxyaceton-phosphat

Reaktion 5:

• Dihydroxyacetonphosphat wird zu Glycerinaldehyd-3-phosphat isomerisiert

• durch die Triosephosphatisomerase

• diese Reaktion läuft über eine Zwischenstufe ab: Bildung eines Endiol-Zwischenprodukts, der Zerfall wird durch das Enzym unterdrückt

—> unter Verbrauch von 2 ATP und 1 Glucose enstehen 2 identische C3 Körper

Reaktion 6:

• Glycerinaldehyd-3-phosphat wird zur Carbonsäure oxidiert und an der Carbonsäure phosphoriliert

• es entsteht 1,3-Bisphosphoglycerat

• wird durch die Glycerinaldehyd-3-phosphatdehydrogenade katalysiert

• dadurch entsteht NADH

• es entsteht ein Zwischenprodukt, das durch einen Thioester-Zwischenprodukt stabilisiert wird

Reaktion 7:

• 1,3-Bisphosphoglycerat wird zu 3-Phosphoglycerat umgesetzt

• dabei wird ADP zu ATP umgesetzt

• katalysiert dutch Phosphoglyceratkinase

Reaktion 8:

• 3-Phosphoglycerat wird zu 2 Phosphoglycerat isomerisiert

• durch Phosphoglyceratmutase

Reaktion 9:

• 2-Phosphaoglycerat wird zu Phosphoenolpyruvat

• Enolase

Reaktion 10:

• Phosphoenolpyruvat wir zu Pyruvat umgewandelt

• es entsteht ATP

Das Ganze passiert 2x, da es am anfang 2 C3 Körper gab

—> es entstehen 4 ATP und 2 NADH+H+

• endergone Reaktionen (G>0, roter Balken)

• exergone Reaktionen (G<0, grüner Balken)

• durch Abbau von Pyruvat

1. phosphorylierung von Galactose durch Galactosidase zu Galactose-1-phosphat

1. Bildung von UDP Galactose aus UDP Glucose (Reaktionen sind reversibel)

2. Glucose-1-Phosphat wird zu Glucose-6-phosphat durch die Glucosephosphatmutase isomerisiert

1. Lactoseintoleranz

   • geringe Lactaseaktivität führt zu erhöhter Lactose im Darm. Abbau der Lactose durch Darmbakterien, kann zu Blähungen und Durchfall führen

2. Galactosämie

   • Mangel an Galactose-1-Uridyltransferase. Milchverzehr führt zu erbrechen und Durchfall, oft Vergrößerung der Leber, Katarabildung im Auge (grauer Star)

• Krebszellen sind in soliden Tumoren von Sauerstoffzufuhr ausgeschlossen, da die Blutgefäße zu langsam wachsen

• Pyruvat wird Aerob zu Lactat umgesetzt

• hohe Glucoseaufnahme, sehr aggressive Tumoren

• der Stoffwechselweg ist energetisch unvorteilhaft, bringt aber Vorteile für schnelles Wachstum

• durch Enzyme die irreversible Reaktionen katalysierein:

  • Hexokinase

  • Phpsphofructokinase

  • Pyruvatkinase

• die Regulation ist abhängug vom Zelltyp

• das Enzym wird durch ATP gehemmt

• AMP hebt die hemmende Wirkung auf

  —> bei ATP Bedaft wird ais 2 ADP ATP und AMP durch die Adenylkinase hergestellt

  —> AMP Konzentration ist ein Indikator für ATP bedarf, reguliert die Aktivität der PFK-1 nach oben

• ein niedriger pH-Wert durch freisetzung von Lactat hemmt das Enzym

• diese Reaktion ist die Schrittmacherreaktion, sie bestimmt die Geschwindigkeitd er Glykolyse

• Tetramer von 340 kDA

• hat alosterische Bindungstaschen für ATP und seperate für AMP

• Fructose-2,6-bisphosphat stabilisiert die R-Form

• hat eine T- und eine R-Form

• hat eine allosterische Citratbindungstelle, die PFK Regulation mit anderen Signalwegen verknüpft (Leber)

• wird durch einen hohen Glucose-6-phosphat Spiegel gehemmt

• Glucose-6-phosphat Spiegel wird von dem Fructose-6-phosphat Spiegel beeinflusst

• wird durch ATP und Alanin gehemmt

• wird durch Fructose-2,6-bisphosphat stimuliert

• Glucose hat eine Aldehydgruppe, die sehr leicht mit Aminogruppen von AS reagieren können

  —> Protein kaputt

  —> Gefäßschädigungen, Herzgefäßstädigung

1. PFK-1:

   • wird durch Citrat inhibiert

   • wird durch Fructose-2,6-bisphosphat aktiviert

1. Hexokinase

   • Hexokinase der Leber (Hexokinase IV) wird nicht durch Glucose-6-phosphat gehemmt

   • Leber baut Glycogen auf

     —> Affinität der Glucokinase (Hexokinase IV) 50x niedriger als die im Muskel

   • Glucokinase gibt es auch in Zellen der Pankreas, wo es die Ausschüttung von Insulin reguliert

1. Pyruvatkinase

   • liegt in der Leber in L-Form vor

   • L-Form wird durch phosphorilierung reguliert, M-Form nicht

• Regulation der Phosphokinase wird umgangen

• Führt zur unkontrollierter Bildung von Pyruvat, was die Fettsäuresynthese ankurbelt, da auch viel Acetyl-CoA entsteht

  —> Fettbildung um innere Organe