Biochemie Flashcards
Nennen Sie Möglichkeiten der anaeroben und aeroben ATP Gewinnung und schätzen Sie deren ATP‐Ausbeute und mögliche Menge ATP, die bereitgestellt werden kann, ab.
Myokinase‐Reaktion: 2 ADP → ATP + AMP (sehr gering)
Creatinkinase‐Reaktion: Creatinphosphat + ADP → ATP (gering)
Anaerobe Glykolyse: Glucose + 2 ADP → 2 Lactat + 2 ATP (limitiert durch Lactatanhäufung)
Aerobe Glykolyse/Citratzyklus/Atmungskette: Glucose + 6 O2 + 32 ADP → 6 CO2 6 H2O + 32 ATP (praktisch unlimitiert)
β‐Oxidation/Citratcyklus/Atmungskette: z. B. Palmitat (C16:0) + 23 O2 + 112 ADP → 16 CO2 + 16 H2O + 112 ATP (praktisch unlimitiert)
Welche Bedeutung kommt der Myokinase‐Reaktion außer der schnellen Bereitstellung von ATP zu?
Das entstehende AMP aktiviert die AMP‐abhängige Proteinkinase und löst damit Signalkaskaden aus, die in der Zelle Energiebereitstellende Prozesse aktivieren. (AMP kann auch abgebaut werden und das entstehende Adenosin ist ein Vasodilatator, der die Durchblutung des Sauerstoff‐ verbrauchenden Gewebes steigert).
- Was sind wesentliche Unterschiede im Stoffwechsel der Postresorptionsphase und des Fastens?
In der Postresorptionsphase läuft Leistungsstoffwechsel uneingeschränkt weiter ab, im Fasten wird der Energieverbrauch im Leistungsstoffwechsel maximal eingeschränkt (Senkung des Grundumsatzes).
In der Postresorptionsphase wird pro Tag ca. 75 g Protein für die Gluconeogenese abgebaut, im Fasten nur ca. 25 g pro Tag.
Das Gehirn reduziert im Fasten den Glucoseverbrauch, indem es einen Teil des Energiebedarfs durch die Verwertung von Ketonkörpern deckt und Glucose teilweise nur noch bis auf die Stufe von Lactat abbaut, das wieder in die Gluconeogenese eingeschleust werden kann.
Über welche Mechanismen kann die Flussgeschwindigkeit durch eine Enzym‐katalysierte Reaktion akut und subakut reguliert werden?
Akut: Kovalente Enzymmodifikation, allosterische Regulation, isosterische Hemmung.
Subakut: Induktion auf mRNA‐Ebene, Veränderung der Translatierbarkeit/mRNA‐Stabilität, regulierter Proteinabbau.
Was sind die drei funktionell essenziellen Domänen von Transkriptionsfaktoren?
DNA-Bindedomäne
Transaktivierungsdomäne
Kernlokalisationssignal
Was ist die Rolle von SGLT1 und SGLT2 in Darm und Niere?
Der natrium‐abhängige sekundär‐aktive SGLT2 is als niedrig affiner Massentransporter für den Großteil der Glucose‐Rückresorption im proximalen Tubulus der Niere zuständig, dort ist ihm der SGLT1 als hochaffiner Transporter nachgeschaltet, um die im Tubuluslumen verbleibende Glucose möglichst vollständig zu resorbieren.
Im Darm ist der SGLT1 für die aktive Resorption von Glucose und Galactose zuständig (und mutmaßlich wegen des elektrogenen, die Zelle depolarisierenden Transports auch als Messfühler für die Anwesenheit von Glucose im Darmlumen).
Benennen Sie die Enzympaare, die an der gegenläufigen Regulation von Glucoseverwertung und Glucosebereitstellung in der Leber beteiligt sind.
Glykolyse/Gluconeogenese: Glucokinase/Glucose‐6‐Phosphatase; Phosphofructokinase/Fructose‐ bisphosphatase; Pyruvatkinase/(Pyruvatcarboxylase und) Phosphoenolyruvat‐Carboxykinase
Glykogensynthese/abbau: Glykogensynthase/Glykogenphosphorylase
Link reaction: Pyruvatdehydrogenase/Pyruvatcarboxylase
Die Induktion der meisten Enzyme der Glycolyse setzt die gleichzeitige Anwesenheit von Insulin und Glucose voraus. Begründen Sie!
Nur die Glucokinase wird direkt durch Insulin induziert. Alle anderen Glycolysenezyme werden über das Carbohydrate‐responsive‐element‐binding‐protein (ChREBP) induziert, das von einer Proteinphosphatase aktiviert wird, die ihrerseits von Xylulose‐5‐Phosphat, das im Pentosephosphatweg aus vermehrt angebotener Glucose entsteht, aktiviert wird. Damit die vermehrt angebotene Glucose umgesetzt werden, muss die Glucokinase Insulin‐abhängig induziert werden.
Beschreiben Sie den funktionellen Antagonismus von Glucagon und Insulin am Phosphoenolpyruvat‐Carboxykinase‐ (PCK)‐Promotor!
Glucagon induziert die PCK über die cAMP‐PKA‐abhängige Phosphorylierung und Aktivierung von CREB, das einerseits direkt am PCK‐Promotor bindet, andererseits PGC1α induziert, der seinerseits die Induktion der PCK verstärkt.
Für die Transkription des PCK‐Gens ist der Transkriptionsfaktor FOXO‐1 essenziell. Dieser Transkriptionsfaktor wird Insulin‐Akt‐abhängig phosphoryliert, inaktiviert, verlässt den Zellkern und wird abgebaut.
(Weitere wichtige TF am PCK‐Promotor sind der Glucocorticoidrezeptor und PPARα über die Cortisol und mehrfach ungesättigte Fettsäuren die Transkription steigern können).
- Erklären Sie, warum Fructose “Insulin‐unabhängig” im Hepatocyten verstoffwechselt wird.
Fructose wird durch die Fructokinase zu Fructose‐1‐Phosphat umgesetzt, das durch die Aldolase B in Glycerinaldehyd und Dihydroxyacetonphosphat gespalten wird.
–> Damit umgeht Fructose die beiden ersten Insulin‐abhängig regulierten Schritte der Glycolyse (Glucokinase und Phosphofructokinase).
Wie steigert Insulin die Glucoseaufnahme in den Skelettmuskel? Beschreiben Sie die relevanten Details des Signalwegs ab der Akt‐Kinase.
Die Glucoseaufnahme in den Skelettmuskel erfolgt über den Glut‐4, der überwiegend in intrazellulären Vesikel gelagert wird und Insulin‐abhängig an die Plasmamembran transloziert wird.
Für die Translokation wird ein G‐Protein in seiner aktiven GTP‐Form benötigt (rab). Wie alle G‐Proteine inaktiviert sich diese G‐Protein selber durch seine GTPase‐Aktivität.
Dazu ist die Anwesenheit eines GTPase‐aktivierenden Proteins (AS160) notwendig.
AS160 wird durch die Akt‐Kinase insulin‐abhängig phosphoryliert und dadurch inaktiviert.
Woher stammt Glucagon‐like Peptide 1 (GLP‐1) und auf welchem Wege moduliert es die Insulinfreisetzung?
GLP‐1 wird aus enteroendokrinen Zellen freigesetzt, wenn diese in Kontakt mit Glucose kommen.
–> Es bindet an seinen Gs‐gekoppelten Rezeptor an den β‐Zellen des Pankreas und verstärkt dort die Glucose‐abhängige Insulinfreisetzung, indem es die ATP‐abhängige Hemmung des Kalium‐ Leckstromkanals und den Depolarisations‐abhängigen Calciumeinstrom verstärkt.
Welche drei unabhängigen Argumente kann man ins Feld führen, um zu begründen, wieviel Protein man täglich aufnehmen muss, um einen optimalen Einbau von Aminosäuren in Muskelproteine zu gewährleisten? Begründen Sie und reihen Sie nach steigender, dafür notwendiger Proteinmenge.
(1) Erreichen einer positiven Stickstoffbilanz: Es muss mehr Protein zugeführt werden als durch die obligatorischen Verluste verloren geht.
(2) Optimale Versorgung mit essenziellen Aminosäuren: Es muss mindestens soviel Protein zugeführt werden, dass die in dem jeweiligen Protein am geringsten vorhandene essenzielle Aminosäure in hinreichender Menge aufgenommen wird.
(3) Optimale Versorgung mit verzweigtkettigen Aminosäuren zur maximalen TORC‐abhängigen Stimulation der Proteinsynthese im Muskel.
Über welchen Signalweg kann Insulin die Proteinsynthese mTOR‐Komplex‐abhängig stimulieren?
Die Proteinsynthese wird durch eine Aktivierung des mTOR‐Komplexes Insulin‐abhängig stimuliert.
Für die Stimulation des mTOR‐Komplexes muss ein G‐Protein (rheb) in seiner aktiven GTP‐Form vorliegen, dessen Inaktivierung über den GTPase‐aktivierenden Proteinkomplex TSC1/TSC2 beschleunigt wird. Insulin aktiviert die Akt‐Kinase, die eine Untereinheit des GTPase‐aktivierenden Proteins phosphoryliert (TSC2) und so inaktiviert.
Was versteht man unter Makroautophagie? Welchen Einfluss haben Insulin und Glucagon auf diesen Prozess?
Bei der Makroautophagie werden durch Proteinkomplexe neue Membranen im Zellinneren aufgebaut, die Zellbestandteile einschließlich ganzer Organellen in Vesikel umschließen können, die dann mit Lysosomen fusionieren und deren Inhalt so abgebaut wird. Insulin hemmt (mTOR‐abhängig) die Makroautophagie, Glucagon stimuliert sie.