Citratzyklus und Pyruvatdehydrogenase Flashcards
Wo finden Citratzyklus und Pyruvatdehydrogenase statt?
-im Mitochondrium
Was macht die Pyruvatdehydrogenase?
- eine oxydative Decarboxylierung des Pyruvats zu Acetyl-CoA und CO2
- stellt Verbindung zwischen Citratzyklus und Glykolyse dar
Was lässt sich Zum Komplex der Pyruvatdehydrogenase und seinen Cofaktoren sagen?
Was ist Thiaminpyrophosphat?
- Thiaminpyrophosphat: Diphosphat des Thiamins(Vitamin B1)->reaktive Gruppe Thiazoliumring->acides CH-> Erzeugung starkes Nucleophil
- prsothetische Gruppe E1
Was ist Liponsäure?
- schwefelhaltige Fettsäure->längerer Alkylrest
- 2 SH-Gruppen bilden Disulfid(oxidierter Zustand)
- >reaktives Zentrum Disulfid
- über Lysin an Protewin gebunden Liponamid
- >Redoxreaktion:kann zwei H und damit zwei Elektronen aufnehmen
Welche 3 Reaktionen werden vom Pyruvatdehydrogenase-Komplex katalysiert?
Was geschieht bei der Decarboxylierung von Pyruvat? Warum ist das TPP wichtig?
- ) Deprotonierung des aciden C-Atom des Thiazolrings von TPP -> Carbanion
- ) Nucleophile Addition an das Carbonyl-C-Atom von Pyruvat
- ) Decarboxylierung der Additionsverbindung zu Hydroxyethyl-TPP
TPP: 1.starkes Nucleophil
- es fungiert als Elektronensenke(Elektronenfalle)
- >stabilisiert die bei der Decarboxylierung auf Ring übertragene negative Ladung-> C,C Dopplebindung
Wie funktioniert die Oxidationreaktion der Pyruvatdehydrogenase(E1)? Was wird erhalten?
Hydroxyethylgruppe wird auf oxidiertes Liponamid übertragen ->Redoxreaktion->Hydoxyletyhl oxidiert zu Acetyl und Lipoamid wird reduziert
->Thioester
Wie wird Acetyl-CoA gebildet? Warum ist die Reaktion danach noch nicht fertig?
- Dihydrolipoyl-Transacetylase
1. ) Übertragung der Acetylgruppe auf Coenzym A
2. ) energiereiche Thioesterbindung bleibt erhalten - Liponamid immer noch reduziert-> Dihydrolipnoamid
Wie wird bei der Pyruvatdehydrogenase-reaktion NADH gewonnen?
- Oxidation des Dihydroliponamids Katalysiert durch die Dihydrolipoyl-Dehydrogenase
1. ) Zwei Elektronen werden auf FAD übertragen à Liponamids 2.) FADH2-Oxidation -> Bildung von NADH
Welchen Vorteil hat der Pyruvatdehydrogenase Komplex?
- Zwischenprodukte müssen nicht einzeln freigesetzt werden-> schneller und spezifischer
- >metabolite channeling->richtiges Zwischenprodukt an Partner
Warum sind Arsenit oder Quecksilber toxisch? Vitamin B1-Mangel?
- hohe Affinität für die benachbarten Thiogruppen des Liponamids(thiophil)
- bilden Chelat-Komplexe-> Arsenit-Chelat oder Quecksilbernitrat
- Enzym wird inaktiv->Pyruvatakkumulation-> neurologische Störungen
- Thiamin-mangel->beri-beri-> auch Pyruvatakkumulation
Was sind die Grundfunktionen des Citratzyklus?Was bedeutet amphibol?
- ) Oxidation von 1 mol Acetat zu 2 mol CO2 zur Energiegewinnung (katabol)
- ) Bereitstellung von Intermediaten für Biosynthesen (anabol)
- Stoffwechelweg sowohl anabol als auch katabol-> amphibol
Was ist die Gesamtgleichung des Citrat-zyklus? Was ist die dominierende Enzymfunktion?
-dominierend: Dehydrogenasen(2xdecarboxylierend)
Wie unterscheiden sich Synthetasen und Synthasen?
- Synthasen: 2 Einheiten fusionieren, ohne dass NTP benötigt wird
- Synthetasen:NTP wird benötigt
Was macht die Citrat-Synthase?
- bildet aus Oxalacetat und Acetyl-CoA-> Citryl-CoA durch Aldoladdition(Kondensation)
- anschließende Hydrolyse Thioester->ΔG weit auf Seite des Produkts
- Citrat entseht
Was ist der genaue Mechanismus der Citrat-Synthase?
Mechanismus
- ) Deprotonierung / Protonierung stabilisiert die Enolform von Acetyl-CoA
- ) Angriffs des Enols auf Carbonyl-Kohlenstoff des Oxalacetat
- ) (nicht dargestellt): Hydrolyse des Citryl-CoA-Esters
Was macht die Aconitase?
-Isomerisierung von Citrat zu Isocitrat über cis-Aconitat
Reaktion:
- Eliminierung von Wasser (Dehydratisierung) aus Citrat oder Isocitrat bildet cis-Aconitat
- Addition von Wasser (Hydratisierung) an cis-Aconitat
Was ist das besondere an der Aconitase?
- [4Fe-4S]-Zentrum im aktiven Zentrum
- allerdings untypische Aktivität-> dient nur als Lewis-Säure
Was macht die Isocitrat-dehydrogenase? Warum ist der erst Schritt nötig?
- oxidative Decarboxylierung
- Reaktion Oxidation von Isocitrat mit NAD+ bildet Oxalsuccinat(β-Ketosäure)
Oxalsuccinat wird, wie die meisten β-Ketosäuren, leicht decarboxyliert und bildet α-Ketoglutarat
-β-Ketosäure-> Elektronensenke Carbonylgruppe an β-Position
Was macht die α-Ketoglutarat-Dehydrogenase?
Was lässt sich zur Struktur des Enzyms sagen?
-oxidative Decarboxylierung von α-Ketoglutarat
Reaktion: Reaktion und Mechanismus sind analog zur oxidativen Decarboxylierung von Pyruvat durch den Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex.
-Aufbau der α-Ketoglutarat-Dehydrogenase: Wie die Pyruvat-Dehydrogenase aus E1, E2 und E3-Untereinheiten mit TPP, Liponamid, FAD, CoA und NAD+ als Kofaktoren. Spezifität für α-Ketoglutarat in E1-Untereinheit.
Wie sähe eine chemische Gleichung aus, die für die Pyruvat-Dehydrogenase und die α-Ketoglutarat-Dehydrogenase gilt?
Was macht die Succinyl-CoA-Synthetase?
- NTP-Bildung aus Succinyl-CoA
- GTP wird gebildetg und der Thioester hydrolysiert
Über welchen Mechanismus funktioniert die Succinyl-CoA-Synthetase? Was ist die Strategie?
- ) Ersatz von CoA durch Orthophosphat -> Succinylphosphat
- ) Aufnahme des Phosphorylrestes durch Histidin (-> Phosphohistidin) und Freisetzung von Succinat
- ) Phosphohistidin-Rest schwenkt zu einem gebundenen Nucleosiddiphosphat (GDP oder ADP) und überträgt die Phosphorylgruppe
- Strategie-> Energie der Zwischenprodukte wird hochgehalten-> kein Energieberg
Über welche 3 Schritte wird Oxalat aus Succinat regenieriert?
- ) Succinat-Dehydrogenase oxidiert Succinat zu Fumarat
- ) Fumarase hydratisiert Fumarat zu Malat
- ) Malat-Dehydrogenase oxidiert Malat zu Oxalacetat
Summe: Eine Methylengruppe wird in drei Schritten in eine Carbonylgruppe umgewandelt
(auch Synthese/Abbau von Fettsäuren und Aminosäureabbau)
Was lässt sich zur Succinat-Dehydrogenase sagen?
- oxidiert Succinat mit FAD zu Fumarat+ FADH2
- FAD wird reduziert, da Energie nicht für die Reduktion von NAD+ reicht
- membranständiges Enzym-> direkt mit der Atmungskette verbunden
Was macht die Fumarase?
-Stereospezifische trans-Addition von H+ und OH
Was mach die Malat-Dehydrogenase ? Was lässt sich zur Thermodynamik dieser Reaktion sagen?
- NAD+-abhängige Oxidation eines sekundären Alkohols zum Keton
- ΔG0 weit auf Seite des Substrats-> allerdings durch schnelle Weiterverwertung des Oxalacetats durch Kondensation mit Acetyl-CoA zu Citrat ->Reaktion trotzdem durchführbar durch sehr kleine Konzentration des Zwischenprodukts
Warum wird die Glykolyse oft als Drehscheibe des Metabolismus bezeichnet?
- liefert Zwischenprodukte für zahlreiche Biosynthesen:
- α-Keto-glutarat und Oxalacetat(beides α-Ketosäuren)->Aminosäuren
Was ist eine anaplerotische Reaktion? Warum spielen solche Reaktionen im Citratzyklus eine so wichtige Rolle? Wie wird Oxalacetat aufgefüllt?
- Reaktion, die zu einer Neusynthese oder einem Auffüllen von Stoffwechselkomponenten führt
- Zwischenprodukte des Citratzyklus müssen wieder aufgefüllt werden, nachdem sie für Biosynthesen abgezweigt wurden
- Pyruvat-Carboxylase(biotin!)->Carboxylierung Pyruvat zu Oxalacetat
Wie wird der Citratzyklus reguliert?
Eintrittspunkt vor dem Citratzyklus: Pyruvat-Dehydrogenase ->Reguliert durch Phosphorylierung und Allosterie
Isocitrat-Dehydrogenase ->Allosterie und Kooperativität
α-Ketoglutarat-Dehydrogenase ->Ähnlich wie Pyruvat-Dehydrogenase
Was ist der Glyoxalatzyklus?Was zeichnet ihn aus?
- ermöglicht es Pflanzen und Bakterien über Acetyl-CoA zu wachsen
- Oxalacetat->Gluconeogenese->Glucose
- aber aus Acetyl-CoA wegen 2 Decarboxylierungsschritte im Citratzyklus keine Nettoumwandlung zu Oxalacetat und so zu Glucuse möglich
- Glyoxalatzyklus-> Decarboxylierungsschritte umgangen
Welche Schritte Glyoxalatzyklus und Strukturformal Glyoxalat?
