Glykolyse, Gluconeogenese, Glykogenabbau

Question 1

Gesamtgleichung der Glykolyse

Answer 1

C₆H₁₂O₆ + 2 NAD⁺ + 2 ADP + 2 P_i

→

2 C₃H₄O₃ + 2 NADH + 2 H⁺ + 2 ATP + 2 H₂O

Question 2

Über welchen Weg verläuft die Glykolyse?

Answer 2

Embden-Meyerhof-(Parnas)-Weg (EMP-Weg)

Question 3

Embden-Meyerhof-(Parnas)-Weg (EMP-Weg)

Answer 3

• 10 Reaktionsschritte in drei Stufen
• 1940: Gustav Embden, Otte Meyerhof und Jacob Parnas

Question 4

10 Reaktionsstufen in drei Schritte

Question 5

Wie werden Produkte der Glykolyse weiterverarbeitet?

Answer 5

• aerob: Citratzyklus
• anaerob: Gärungen

Question 6

Glykolyse Ausführlich

Answer 6

Question 7

Hexokinase

Answer 7

• 1. Schritt
• “fängt” Glucose in der Zelle ein
• destabilisiert Glucose
• Hexokinase ist von M²⁺ abhängig
• induced fit durch Bindung von Glucose in Hexokinase –> Verengung einer Spalte und Wasserausschluß

Question 8

Glucose-6-phosphat-Isomerase

(Phosphoglucoseisomerase)

Answer 8

• Umwandlung einer Aldose in eine Ketose
• Enzym muss Ringöffnung katalysieren
• Intermediäres Endiolat

Question 9

Phosphofructokinase

Answer 9

• 2. Mg2+ abhängige Phosphorylierung
• Allosterisches Enzym –> Regulation der Glucose

Question 10

Aldolase

Answer 10

• Stufe 2 EMP-Weg
• Lyase, benannt nach Aldolspaltung
• reversibel
• deltaG0’ = +23,8 kJ/mol

Question 11

Triosephosphatisomerase

Answer 11

• intramolekulare reaktion
• schnelle Reaktion
• k_cat/K_M= 2*10⁸ –> kinetisch perfekt

Question 12

Glycerin-3-phosphat-Dehydrogenase (GAPDH)

Answer 12

• Kopplung einer Oxidationsreaktion an eine Phosphorylierung

Question 13

Phosphoglyceratkinase

Answer 13

• Übertragung einer Phosphorylgruppe mit hohem Gruppenübertragungspotential auf NDP
• Substratkettenphosphorylierung
• erste ATP-bildende Reaktion der Glykolyse

Question 14

Phosphoglycerat-Mutase

Answer 14

• 3-Phosphoglycerat isomerisiert zu 2-Phosphoglycerat (Mutasen gehören zur Klasse der Isomerasen und katalysieren den intramolekularen Transfer einer chemischen Gruppe)

Question 15

Enolase

Answer 15

• Abspaltung von Wasser (Enolase ist eine Dehydratase und gehört zu den Lyasen

Question 16

Pyruvat-Kinase

Answer 16

• Phosphorylgruppentransfer von PEP auf ADP
• zweite Substratkettenphosphorylierung katalysiert von der Pyruvat-Kinase

Question 17

Zwischenprodukte der Glykolyse

Answer 17

• Glucose-6-Phosphat
• Fructose-6-Phosphat
• Fructose-1,6-Bisphosphat
• DHAP
• Glycerinaldehyd-3-Phosphat
• 1,3-Bisphosphoglycerat
• 3-Phosphoglycerat
• Phosphoenolpyruvat
• Pyruvat

Question 18

Enzyme der Glykolyse

Answer 18

• Hexokinase
• Glucose-6-Phosphat-Isomerase
• Phosphofructokinase
• Aldolase/Triphosphatisomerase
• Glycerinaldehyd-3-Phosphat-Dehydrogenase
• Phosphoglyceratkinase
• Phosphoglyceratmutase
• Enolase
• Pyruvat-Kinase

Question 19

Was unterscheidet PEP von 1,3-BPG?

Answer 19

• PEP: geladen, polar, impermeabel
• 2,3-BPG: ungeladen, neutral, permeabel

Question 20

Welche beiden Isomerisierungsreaktionen laufen bei der Glykolyse ab?

Answer 20

• Glucose-6-Phosphat –> Fructose-6-Phosphat
  
  • Aldose wird in Ketose umgewandelt
  • Phosphorylierung kann an C₁-Atom stattfinden
• Dihydroxyacetonphosphat –> Glycerinaldehyd-3-phosphat
  
  • beide Moleküle können verwendet werden

Question 21

Im GGW ist wesentlich mehr DHAP als GAP vorhanden. Jedoch erfolgt die Umsetzung von DHAP durch die Triosephosphatisomerase leicht. Warum?

Answer 21

• nächster Reaktionsschritt gekoppelt
• sehr schnell
• sofortiger Verbrauch
• Das entstandene GAP wird durch die folgenden Reaktionen sehr schnell verbraucht, dadurch kann DHAP durch das Enzym zu GAP umgesetzt werden

Question 22

Wie führt due Umsetzung von Phosphoenolpyruvat zu Pyruvat zur ATP Bildung?

Answer 22

Das Enolphosphat hat ein sehr hohes Phosphorylgruppenübertragungspotential, welches aus der Triebkraft der Tautomerisierung des Enol zm deutlich stabileren Keton resultiert.

Question 23

Wie wird das Redoxgleichgewicht aufrechterhalten?

Answer 23

• Alkoholische Gärung
• Milchsäuregärung
• weitere Oxidation

Question 24

Erste anoxische Variante - alkoholische Gärung

Answer 24

• Pyruvat –> Ethanol

Question 25

Die alkoholische Gärung - Gesamtbilanz

Answer 25

* ATP-erzeugender Prozess, in dem organische Verbindungen sowohl als _Elektronendonoren_ alsauch als _-akzeptoren_ fungieren * Gärungen können anoxisch ablaufen * Glucose + 2 H⁺ + 2 ADP + 2 P_i → 2 Ethanol + 2 CO₂ +2 ATP + 2 H₂O

Question 26

zweite anoxische Variante: Milchsäuregärung

Answer 26

* Pyruvat --\> Lactat * Direkte Regeneration von NAD⁺ * Glucose + 2 ADP + 2 P_i → 2 Lactat + 2 ATP + 2 H₂O

Question 27

Oxische Variante

Answer 27

Pyruvat → Acetyl-CoA → ... Pyruvat + NAD⁺ + CoA → Acetyl-CoA + CO₂ + NADH * Acetyl-CoA geht weiter in den Citratzyklus * NADH geht in die Atmungskette, Reduktion von CO₂

Question 28

Eintrittspunkte anderer Formen von Zucker

Answer 28

Question 29

Fructose Stoffwechsel

Answer 29

* Aufnahme der Fructose über **Fructose-1-Phosphat-Weg** in der Leber * Fructose wird über Fructokinase zu Fructose-1-Phosphat phosphoryliert * Aldolase spaltet Fructose zu DHAP und Glycerinaldehyd * Triosekinase phosphoryliert Glycerinaldehyd zu Glycerinaldehyd-3-Phosphat

Question 30

Lactose Stoffwechselweg

Answer 30

* Lactose wird mit Wasser über Enzym Lactase zu _Glucose_ und _Galactase_ gespalten

Question 31

Galactose Stoffwechselweg

Answer 31

* Unterschied von Glucose und Galactose: * C4 Epimere * UMP Transfer von UDP-glucose über die galactose-1-phosphat uridyltransferase * epimerisierung von udp-galactose in udp-glucose über die udp-galactose 4epimerase * Gesamtreaktion: Galactose + ATP → Glucose-1-Phosphat + ADP + H+

Question 32

Potentielle Kontrollpunkte für Glykolyse

Answer 32

irreversible Schritte

Question 33

irreversible Reaktionen der Glykolyse

Answer 33

* Hexokinase * Phosphofructokinase * Pyruvatkinase ⇒ Kinase Reaktionen, Phosphorylierungen

Question 34

Zentraler Kontrollpunkt der Glykolyse

Answer 34

* Phosphofructokinase * Enzym * 4 katalytische Zentren * 4 allosterische Zentren * _committed Step -\> Schrittmacherreaktion__​_ Warum nicht Hexokinase als zentraler Kontrollpunkt? → reguliert auch die Glykogensynthese!

Question 35

Regulation der Glykolyse im Muskel

Answer 35

* Regulation durch _Phosphofructokinase_ * Glykolyse ist in Ruhe *inhibiert* * Glykolyse ist während der Bewegung *stimuliert* * *​*niedrige Energieladung von AMP * schnelle PFK Reaktion bei wenig ATP Konzentration * feedforward Stimulierung auf Pyruvatkinase

Question 36

Wirkung der Adenylatkinase

Answer 36

* eine _Nucleosidmonophosphat-Kinase_ mit zwei Funktionen * bei ATP-Mangel: Bildung von ATP aus ADP (-\> Entstehung von AMP) * bei hohen ATP-Konzentrationen: Phosphorylierung von AMP zu ADP

Question 37

Gluconeogenese

Answer 37

* Biosynthese von Glucose * aus Molekülen, die _nicht_ zu den Kohlenhydraten zählen * Besipielquelle: **Glycerin** (aus der Hydrolyse von Triacylglycerinen)

Question 38

Reaktionsfolge der Gluconeogenese

Answer 38

Question 39

Neue Enzyme der Gluconeogenese

Answer 39

* Pyruvat-Carboxylase * Phosphoenolpyruvat-Carboxykinase * Fructose-1,6-bisphosphatase * Glucose-6-phosphatase

Question 40

Umwandlung von Pyruvat in Oxalacetat

Answer 40

Carboxylierung in 3 Schritten 1. Aktivierung von Hydrogencarbonat * HCO₃^2- + ATP ⇔ HOCO₂-PO₃^2- + ADP 2. Carboxylierung von Biotin → Beladung * Biotin-Enz + HOCO₂-PO₃^2- ⇔ CO₂-Biotin-Enz + P_i 3. Übertragung von CO₂ auf Pyruvat * CO₂-Biotin-Enz + Pyruvat ⇔ Biotin-Enz + Oxalacetat

Question 41

Wovon ist die Bildung von Carboxy-Biotin abhängig?

Answer 41

hängt von der bindung von Acetyl-CoA an die Pyruvat-Carboxylase ab ⇒Regulation des Citratzyklus

Question 42

Wo wird Pyruvat in Oxalacetat umgewandelt?

Answer 42

in dern Mitochondrien

Question 43

Wie wird Oxalacetat aus den Mitochondrien hinaustransportiert und womit parallel?

Answer 43

* als Malat mit Elektronen

Question 44

Wieso wird das Phosphoenolpyruvat nicht durch die Umkehrung des letzten Schritts der Glykolyse hergestellt?

Answer 44

* PEP zu Pyruvat mit Pyruvatkinase der Glykolyse ist _irreversibler Schritt_ * Umkehrreaktion nicht möglich * GGW lag weit auf Seiten Pyruvats *

Question 45

Wieso wird erst carboxyliert (Pyruvat -\> Oxalacetat) und dann wieder decarboxyliert (Oxalacetat -\> Phosphoenolpyruvat)?

Answer 45

Es kann/ muss zwei Mal Energie reingesteckt werden

Question 46

Warum ist die Gluconeogenese _nicht_ einfach die Umkehr von Der Glykolyse?

Answer 46

* umgedrehte Glykolyse ist _endotherme_ Reaktion * deltaG^0' = + 84 kJ/mol

Question 47

Was "kostet" die Gluconeogenese?

Answer 47

mehr Reduktionsäquivalente

Question 48

Wieso sollten die Glykolyse und Gluconeogenese nicht gleichzeitig ablaufen?

Answer 48

schnelle Verfügbarkeit in Stresssituationn

Question 49

Wie wirkt sich der Energiemangel uf die Regulation aus?

Answer 49

* Glykolyse wwird angekurbelt * Gluconeogenese wird gehemmt

Question 50

Cori Zyklus

Answer 50

beim Laufen * Glucose abbau über Glykolyse im Muskel zu Lactat * Lactattrasport in die Leber * Glucoseherstellung über Gluconeogenese in der Leber * Glucosetransport in Muskel * Transport von Glucose im Blut

Question 51

Pentosephosphat-Weg

Answer 51

1. Irreversible oxidative Phase * Bildung von NADPH 2. Reversible flexible nicht-oxidative Phase * Bildung von D-Ribose * Wenn wenig Energie vorhanden * ankurbeln der Glykolyse für schnelle Energiegewinnung * Viel Energie * ankurbeln der Gluconeogenese für Energie

Question 52

oxidative Phase des Pentose-Phosphat-Weges

Answer 52

* Irreversibel * Herstellung von Ribulose-5-Phosphat * Benötigt zum Aufbau von nukleotiden durch Bildung von d-ribose

Question 53

Wieso war die erste Oxidation zentral für die Bildung des C5-Kohlenhydrats?

Answer 53

aksjn

Question 54

nicht-oxidative Phase des Pentose-Phosphat-Weges

Answer 54

* Reversibel * Herstellung von substraten für glycolyse ► Bildung von NADPH

Question 55

Zusammenfassung Glykolyse und Gluconeogenese

Answer 55

* Die _Glykolyse_ ist in vielen Organismen ein **energieumwandelnder Stoffwechselweg** * Die Glykolyse wird **streng kontrolliert** * Glucose lässt sich durch die _Gluconeogenese_ aus Molekülen **synthetisieren**, die keine Kohlenhydrate sind * Gluconeogenese und Glykolyse werden **reziprok reguliert** * der _Pentosephosphat-Weg_ gewinnt **D-****Ribose** (für RNA, ATP,...) und NADPH aus Glucose

Question 56

Glycogenmetabolismus

Answer 56

* Glykogenabbau * Phosphorylase * Adrenalin und Glucagon * Regulation

Question 57

Struktur des Glykogens

Answer 57

* mobilisierbare Speichreform der Glucose * sehr großes, verzweigtes Polymer * ein reduzierendes, vielee nicht reduzierende Enden

Question 58

Welche Vorteile könnte Glykogen im Vergleich zu Triacylglycerinen haben?

Answer 58

* schnelle Freisetzung von Glucose * konstanthalten des Blutzuckerspiegels * Energieumwandlung unter anoxischen Bedingungen

Question 59

Aufbau eines Glykogen-Partikels

Answer 59

* Glykogengranula in Leber und Skelettmuskulatur * Liegen im Cytoplasma

Question 60

Glykogenabbau in drei Schritten

Answer 60

* Bildung von Glucose-1-Phosphat mittels Phosphorylase * Umformung des Glykogens für den weiteren Abbau * Umwandlung von Glucose-1-phosphat in Glucose-6-phosphat

Question 61

Reaktion der Phosphorylase

Answer 61

* Spaltung einer Bindung unter Anführung eines Orthophosphats * Abtrennung an den nicht-reduzierenden Enden

Question 62

Drei Enzyme des Glykogenabbaus

Answer 62

1. Phosphorylase * stoppt _vier_ Reste vor jeder Verzweigung 2. Transferase * Übertragung eines Bolcks von _drei_ Glucoseeinheiten von einem Ast auf einen anderen Ast 3. alpha-1,6-Glucosidase * hydrolysiert alpha-1,6-glykosidische Bindungen * debranching enzyme ein **linearer Strang** entsteht ► ein Substrat für die Glycogenphosphrylase

Question 63

Glycogenphosphorylase

Answer 63

* Pyridoxalphosphat-abhängiges Enzym * dimer * katalytisches Zentrum zwischen amino und carboxyterminalen Domäne * aminoterminale Domäne mit Glykogenbindungsstelle * prozessiv * hergestelltes Produkt = neues Substrat

Question 64

Isomerisierung von Glucose-1-phosphat

Answer 64

Reaktion der Glucosephosphat-Mutase * analog zu Phosphoglyceratmutase der Glykolyse

Question 65

Glycogenaufbau in vier enzymatischen Schritten

Answer 65

* Glykogenabbau

Question 66

Warum müssen Muskeln ATP unter aeroben und anaeroben Bedingungen herstellen?

Answer 66

Muskeln funktionieren zunächst aerob. Wenn jedoch Schübe von Energie benötigt werden, reicht die Sauerstoffversorgung nichtaus, um die Nachfrage zu bedienen. Um genügend ATP für die Energienachfrage in Zuständen extremer Belastung liefern zu können, muss der Muskel auch unter anaeroben Bedingungen ATP liefern können

Question 67

Wie führt die Umsetzung von Phosphoenolpyruvat zu Pyruvat zur ATP-Bildung?

Answer 67

Das Enolphosphat besitzt ein sehr hohes Phosphorylgruppenübertragungspotential, welches aus der Triebkraft der Tautomerisierung des Enol zum deutlich stabilieren Keton resultiert..

Question 68

Geben Sie die Reaktionen an durch die Glycerin, welches aus Fetten stammt, zu Pyruvat metabolisiert oder zur Synthese von Glucose verwendet werden kann

Answer 68

Nachdem Glycerin in DHAP umgesetzt wurde, wird es zu GAP isomerisiert, welches danne ntwederdie Glykolyse zum Pyruvat weiter durchschreiten kann oder über die Gluconeogenese zur Glucose umgesetzt werden kann

Question 69

Wie kann die Glykolyse unter anaeroben Bedingungen aufrechterhalten werden?

Answer 69

Pyruvat kann eentweder zu Lactat oder Ethanol reduziert werden. Diese Reaktion wird von der Oxidation von NADH begleeitet um NAD+ zu regenerieren

Question 70

Wie beeinflusst Citrat die Glykolyse

Answer 70

Die Phosphofructokinase wird durch Citrat inhibiert, welches ein Intermediat des Citratzyklus ist. Dadurch wird das Enzym im Falle hoher Citratkonzentrationen inhibiert und weniger Glucosemoleküle metabolisiert. In diesem Falle dient Citrat als Indikator für die Zelle. Eine hohe Konzentration von Citrat im Cytoplasma bedeutet, dass Biosynthesebausteine reichlich vorhanden sind und deshalb kein Bedarf besteht zu diesem Zweck abzubauen

Question 71

Warum ist es sinnvoller, dass die Aktivität der Phosphofructokinase und nicht der Hexokinase als wichtiger Kontrollpunkt genutzt wird?

Answer 71

Phosphofructokinasee katalysiert die erste Schrittmacherreaktion der Glykolyse. An diesem Punkt muss das Substrat in der Glykolyse weiter umgesetzt werden. Im gegensatz dazu ist die Produktion von G6P der erste Schritt in unterschiedlichen metabolischen Pfaden. Dadurch wäre eine alleinige Kontrolle der Glykolyse, ohne Beeinflussung anderer Wege, nicht durch die Regulation der Hexokinase gewährleistet.

Question 72

Welche metabolischen Schritte unterscheiden sich in Glykolyse und Gluconeogenese?

Answer 72

Es existieren drei irreversible Schritte in der Glykolyse, welche vier unterschiedlichen Schritten in der Gluconeogenese gegenüberstehe: Pyruvat-Umsetzung zu Phosphoenolpyruvat über ein Oxalacetat-Intermediat, Fructose-1,6-bisphosphat-Hydrolyse und die Hydrolyse von Glucose-6-Phosphat

Question 73

Wie wird die Phosphorylase b in die Phosphorylase a umgewandelt?

Answer 73

Durch die Additition von Phosphat an einen Serinrest

Question 74

Was ist die Funktion des Glykogenabbaus in der Leber?

Answer 74

Wichtig für den Glucose-Export in andere Gewebe, wenn der Glucose-Spiegel niedrrig ist

Question 75

Warum ist die Verzweigung von Glykogen wichtig?

Answer 75

* Verzweigungen erhöhen die Löslichkeit von Glykogen * Verzweigungen erhöhen die Glykogen-Synthese und den Abbau, indem die Zahl der möglichen Angriffsorte erhöht wird

Question 76

Was ist der Vorteil Glykogen als leicht verfügbare Glucose-Quelle zu haben?

Answer 76

* kann einfach gespalten werden * leicht verfügbare Quelle * hält Blutglucose-Spiegel aufrecht * leicht zu mobilisieren * ausreichende Quelle von Glucose bei großen, plötzlichen Beanspruchungen, wie währen anstrengender Aktivitäten * kann auch in Abwesenheit von Sauerstoff Energie zur Verfügung stellen

Question 77

Was ist das Schicksal von Glucose-1-phosphat, welches von Glykogen abgeleitet wird?

Answer 77

* Umwandlung in Glucose-6-Phosphat und für die Glykolyse verwendet * Umwandlung in Glucose-6-Phosphat und im Pentosephosphat-Weg verarbeitet, um NADPH und Pentosen zu produzieren * Umwandlung in Glucose-6-Phosphat, das zu Glucose hydrolysiert und ins Blut entlassen wird

Question 78

Warum ist die Bildung von Glucose-1-Phosphat energetisch günstig, obwohl der deltaG⁰'- Wert sehr gering ist?

Answer 78

* Es ist günstig, da das Verhältnis von [P_i] zu Glucose-1-Phosphat größer als 100:1 ist

Question 79

Warum kann Glucose-1-phosphat nicht aus den Zellen diffundieren

Answer 79

* kein Transporter * negative Ladung * kann nicht durch Zellmembran gelangen

Question 80

Warum muss die Kontrolle des Glykoens in Muskeln und in der lebrr unterschiedliche erklärt werden?

Answer 80

In den Muskeln wird Glucose nur für den eigenen Gebrauch erhalten, wohingegen die Leber die Glucose-Homöostase des gesamten Organismus aufrechterhalten muss