VorlesungM: Kohlenhydratstoffwechsel

• Anabolismus: Aufbau Biomoleküle

• Katabolismus: Abbau Biomoleküle, Energiegewinnung

• fest gebunden an Enzym--> prosthetische Gruppe

• nicht fest gebunden--> Cosubstrat

• wasserlöslich: Vitamin B und C

• fettlöslich: Vitamin A, D, E und K

• NADH und NADPH absorbiert im UV Bereich bei 340 nm

• biochemische Tests um indirekt Enzymaktivität zu erfahren

• Wo: Cytosol

• 1 GLucose zu 2 Pyruvat

• unter aeroben und anaeroben Bedingungen bis zum Pyruvat (danach nicht mehr)

• Nettogewinn: 2 ATP und 2 NADH

• Glucose --> Glucose-6-phosphat (Hexokinase, ATP Verbrauch)

• Glucose-6-phosphat <--> Fructose-6-phosphat (Glucose-6-phosphat-Isomerase)

• Fructose-6-phosphat -->  Fructose-1,6-bisphosphat (Phosphofructokinase, ATP Verbrauch)

• Fructose-6-Phosphat <--> Dihydroxyacetonphosphat und Glycerinaldehyd-3-phosphat (Aldolase)

• Dihydroxyacetonphosphat <--> Glycerinaldehyd-3-phosphat (Triosephosphat-Isomerase)

• Glycerinaldehyd-3-phosphat <--> 1,3-Bisphosphoglycerat (GA3P-DH, NAD+/NADH)

• 1,3-Bisphosphoglycerat <--> 3-Phosphoglycerat (Phosphoglycerat-Kinase, ATP Gewinn)

• 3-Phosphoglycerat <--> 2-Phosphoglycerat (Phosphoglycerat-Mutase)

• 2-Phosphoglycerat <--> Phosphoenolpyruvat (Enolase)

• Phosphoenolpyruvat --> Pyruvat (Pyruvat-Kinase, ATP Gewinn)

• Hemmen: Citrat, ATP, NADH

• Aktivieren: Fructose-2,6-bisphosphat (via PFK2), ADP/AMP

Phosphoenolpyruvat

• wo: in Mitochondrienmatrix

• Bedingungen: aerob, irreversibel

• Grundreaktion: 2 Pyruvat zu 2 Acetyl CoA und 2 NADH

• E1: Pyruvat Dehydrogenase

• E2: Dihyrolipoyl Transacetylase

• E3: Dihydrolipoyl Dehydrogenase

• Pyruvat über E1 zu CO2 und TPP-C2

• C2 auf Liponamid in E2 und Acetyldihydroliponamid

• Acetyl und CoA-SH zu Acetyl-CoA

• FAD zu FADH2 in E3

• FADH2 zurück regeneriert zu FAD, da NAD+ zu NADH und H+

• Aconitase mit Fe4S4-Zentrum

• irreversible Reaktion von Citrat zu Isocitrat

• irreversible Reaktion von alpha Ketoglutarat zu Succinyl CoA

• Multienzymkomplex

• E1: alpha Ketoglutarat Dehydrogenase

• E2: Dihydrolipoyl Succinyltransferase

• E3: Dihydrolipoyl Dehydrogenase

• in Hämbiosynthese

• Citratzyklus Reaktion in Konkurrenz mit Prophyrinsynthese Glyin + Succinyl CoA --> delta Aminolävulinat

• Porphyrie

• irreverisbel

• Isocitrat zu alpha Ketoglutarat durch Isocitrat-Dehydrogenase

• NAD+ zu NADH und H+

• CO2 abgespalten

• NADH Ubichinon Oxidoreduktase

• Tranpsort von H+ in Intermembranraum

• NADH + H+ zu NAD+ und in dem Zuge FMN zu FMNH2 (2 e-)

• dann in einzel Elektronentranport über FeS-Zentren (bilden ein Kanal) zu Ubichinon (Q)--> zu Ubihydrochinon (QH2)

• Succinat Ubichinon Oxidoreduktase

• kein H+ Transport

• Succinat zu Fumarat

• 2e- und FAD zu FADH2 und wieder zurück

• freie e- über FeS-Zentren zu Ubichinon (Q)--> reduziert zu Ubihydrochinon (QH2)

• Ubichinol Cytochrom c Oxidoreduktase (Cytochom bc1 Komplex)

• H+ Transport in Intermembranraum

• drei Untereinheiten: Cytochrom c1, Cytochrom b, Rieske-Eisen-Schwefel-Protein

• Q Zyklus mit 2 Halbzyklen

• 1. Halbzyklus: QH2 ein e- an FeS-Cluster und an Häm von Cytochrom c1--> e- dann an lösliches Cytochrom c Molekül am Intermembranraum + 2H+ Transport--> zweites e- auf Häm bL und Häm bH und danach auf Q--> Semichinon-Radikalanion

• 2. Halbzyklus: 2e- von QH2 auf 1. Halbzyklus, aber viertes e- auf Semichinon-Radikalanion-->in Matrix QH2 

• Netto: 2H+ in Intermembranraum, Elektronen auf löslichen Cytochrom c als Verbindungselemnt zum Komplex IV

• Cytochrom c Oxidase

• H+ Transport in Intermembranraum

• Oxidation von Cytochrom c durch Elektronenübertragung auf Sauerstoff unter Bildung von Wasser

• Struktur: 2 Cytochrom c Oxidase Einheiten--> jede Einheiten aus 3 Untereinheiten

• Untereinheit I mit Häm a, Häm a3 und CuB als Redoxzentrum

• Untereinheit II mit CuA aus 2 Kuperferionen

• Unterinheit III kein Redozentrum

• 4-mal gibt Cytochrom c 1e- an CuA--> weiter an Häm a und Häm-a3-CuB-Komplex (binukleäres Zentrum)

• Fe-Cu-Zentrum für Reduktion des Sauerstoffs

• ATP Synthase

• Kopfteil = F1-Teil = ragt in Matrix

• Stiel Komponente = F0-Teil = sitzt in innerer Mitochondrienmembran--> besitzt mebrandurchspannenden Protonenkanal

• Protonengradient sorgt für angetriebenen Protonenfluss durch F0--> das ist gekoppelt mit der ATP Synthese in F1

• drei aktive Zentren für ATP Synthese--> nie in gleicher Konformation

• O Konformation (open)--> ADP und Pi binden--> Drehbewegung von Untereinheit gamma um 120° gegen Uhrzeigersinn

• L Konformation (loose)--> SUbstrat mehr an aktives Zentrum, kein Verlassen möglich

• nächste Rotation (120°) sorgt für ATP Synthese in T Konformation (tight)

• Glykolyse klassisch

• alkoholische Gärung: Pyruvatdecarboxylase macht aus Pyruvat-->  CO2 und Acetaldehyd, Acetaldehyd und NADH zu Ethanol durch Alkoholdeyhdrogenase

• Milchscäuregärung: Pyruvat zu Lactat durch NAD+ abhängige Lactatdehydrogenase

• gebildetes Lactat per Glykolyse und Milchsäuregärung aus Muskel in die Leber

• in Leber dann Gluconeogenese

• ATP aus Oxidation von Fettsäuren

• Wo: in Mitochondrienmatrix und Cytosol und glatten ER--> nur in Leber und Niere

• Bilanz: 2 Pyruvat + 4 ATP + 2 ATP + 2 NADH --> 1 Glucose

• Umkehrung der Glykolyse

• drei irreversible Schlüsselreaktionen der Glykolyse durch vier Umgehungsreaktionen in Gluconeogenese ersetzt (ansonsten waren Reaktionen reversibel)

• 3 Enzyme aus Glykolyse: Pryuvatkinase, Phosphofructokinase, Hexokinase

• Pyruvat zu Oxalacetat durch Pyruvat Carboxylase (Biotin, ATP Verbrauch, CO2 als Nebenprodukt)--> dann über Malat Dehydrognese zu Malat--> Transport aus Mitochondrienmatrix--> Tranport durch Malat-alpha Ketoglutarat-Antiporter--> in Cytosol über Maladehydrogenase wieder zu Malat

• Oxalacetat zu Phosphoenolpyruvat durch Phosphoenolpyruvat-Carboxykinase unter GTP Verbrauch (CO2 als Nebenprodukt)

• Fructose-1,6-bisphosphat zu Fructose-6-phosphat durch Fructose-1,6-bisphosphatase (Pi weg)

• im glatten ER: Glucose-6-phosphat zu Glucose durch Glucose-6-phosphatase (Pi weg)---> Glucose raus aus Zelle

• Pruvat Carboxylase: ADP aktiviert, Acetyl CoA hemmt

• PEP Carboxykinase: ADP hemmt

• Fructose-1,6-bisphosphatase (Schlüsselenzym): F2,6bP und AMP hemmen, Citrat aktiviert

• Glucose-6-phosphatase: Glucose-6-phosphat aktivert

• PFK-2: Einmal Phophofructokinase Domäne und einmal Fructose-1,6-bisphosphatase Domäne

• Glucagon aktivert GPCR--> PKA steigt--> cAMP steigt--> hohes cAMP aktiviert Furctose-1,6-bisphosphatase Domäne--> Gluconeogenese gefördert

• Insulin agiert genau entgegengesetzt--> cAMP sinkt--> Phophosfructokinase Domöne wird aktiviert--> Glykolyse steigt

• Pyruvat

• Lactat (Cori Zyklus)

• Aminoäuren--> Pyruvat

• Glycerin--> Überführung in Dihydroxyacetonphosphat

• Wozu: Schnittstelle zu Glykolyse (nimmt Glucose-6-phosphat)--> gibt Stoffe in Glykolyse/Gluconeogese oder Nukleotidsynthese

• Wo: Cytosol

• Schlüsselreaktion/Schlüsselenzym: Glucose-6-phosphat zu 6-Phosphogluconolactonase durch Glucose-6-Dehydrogenase

• Bilanz: Glucose-6-phosphat als Ausgangsstoff, 2 NADPH rausziehen für Fettsäurebiosynthesen

• Ribulose-5-phosphat entweder zu Ribose-5-Phosphat (Ribulose-5-phosphat-Isomerase) oder zu Xylulose-5-phsphat (Ribulose-5-phosphat-Epimerase)

• Tranketolase: C2 Transfer mit Carbonylgruppe, TPP(Thiaminpyrophosphat) als Coenzym

• Transaldolase: C3 Transfer mit Carbonylgruppe

• Schlüsselenzym Pentosephatweg

• nicht ausreichend NADPH

• NADPH regeneriert Glutathion normalerweise

• Erythrozyten sterben--> Mangel führt zu hämolytische Anämie (Favismus)

Phosphofructokinase 2 Enzym

• kleiner Proteinkern: Glykogenin

• darum wickeln sich Kohlenhydratketten mit alpha-1,6 und alpha-1,4 glykosidischen Bindungen

• wo: Cytosol

• Edukt: Glucose/Glucose-6-phosphat

• Produkt: Glykogen

• Glucosephosphat-Mutase

• UDP-Glucose-Pyrophosphorylase

• Glykogen-Synthase: Schlüsselenzym--> UDP-Glucose zu Glykogen

• branching enzyme: Amylo-alpha-(1,4-->1,6)-Transglykosylase

• Insulin--> weniger cAMP--> weniger PKA--> aktiviert Phosphatase--> Phosphatase sorgt dafür, dass Glykogen-Synthase  dephosphoryliert und somit aktiviert wird

• Glucagon--> an GPCR--> mehr cAMP--> PKA aktiviert--> Glykogen Synthase wird phosphoryliert und somit gehemmt

• Wo: Cytosol (und glattes ER)

• Edukt: Glykogen

• Produkt: Glucose-6-phosphat/ Glucose

• Schlüsselenzym: Glykogen Phosphorylase (Spaltung von alpha-1,4-glykosidischer Bindung)--> PLP als Coenzym

• Insulin hemmt Glykogenolyse/Glykogenphosphorylase--> aktiviert PP1--> desphosphoryliert Phosphorylase--> inaktiv

• Glucagon aktiviert Glykogenolyse/Glykogenphosphorylase--> aktiviert PKA über cAMP--> aktiviert Phosphorylase Kinase-->  phsophoryliert Phosphorylase--> aktiv

• Glykogenspeichererkrankung

• reduzierte Aktivität/Mangel an sauer Maltase (alpha-1,4-Glucosidase)

• verstärkte Glykogenspeicherung

• wenig Glucose--> schädigt Glucobedürfte Organe