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Biochemie > Glykolyse, Gluconeogenese, Glykogenabbau > Flashcards

Glykolyse, Gluconeogenese, Glykogenabbau Flashcards

1
Q

Gesamtgleichung der Glykolyse

A

C6H12O6 + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi

→

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

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2
Q

Über welchen Weg verläuft die Glykolyse?

A

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

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3
Q

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

A
  • 10 Reaktionsschritte in drei Stufen
  • 1940: Gustav Embden, Otte Meyerhof und Jacob Parnas
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4
Q

10 Reaktionsstufen in drei Schritte

A
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5
Q

Wie werden Produkte der Glykolyse weiterverarbeitet?

A
  • aerob: Citratzyklus
  • anaerob: Gärungen
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6
Q

Glykolyse Ausführlich

A
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7
Q

Hexokinase

A
    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
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8
Q

Glucose-6-phosphat-Isomerase

(Phosphoglucoseisomerase)

A
  • Umwandlung einer Aldose in eine Ketose
  • Enzym muss Ringöffnung katalysieren
  • Intermediäres Endiolat
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9
Q

Phosphofructokinase

A
    1. Mg2+ abhängige Phosphorylierung
  • Allosterisches Enzym –> Regulation der Glucose
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10
Q

Aldolase

A
  • Stufe 2 EMP-Weg
  • Lyase, benannt nach Aldolspaltung
  • reversibel
  • deltaG0’ = +23,8 kJ/mol
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11
Q

Triosephosphatisomerase

A
  • intramolekulare reaktion
  • schnelle Reaktion
  • kcat/KM= 2*108 –> kinetisch perfekt
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12
Q

Glycerin-3-phosphat-Dehydrogenase (GAPDH)

A
  • Kopplung einer Oxidationsreaktion an eine Phosphorylierung
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13
Q

Phosphoglyceratkinase

A
  • Übertragung einer Phosphorylgruppe mit hohem Gruppenübertragungspotential auf NDP
  • Substratkettenphosphorylierung
  • erste ATP-bildende Reaktion der Glykolyse
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14
Q

Phosphoglycerat-Mutase

A
  • 3-Phosphoglycerat isomerisiert zu 2-Phosphoglycerat (Mutasen gehören zur Klasse der Isomerasen und katalysieren den intramolekularen Transfer einer chemischen Gruppe)
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15
Q

Enolase

A
  • Abspaltung von Wasser (Enolase ist eine Dehydratase und gehört zu den Lyasen
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16
Q

Pyruvat-Kinase

A
  • Phosphorylgruppentransfer von PEP auf ADP
  • zweite Substratkettenphosphorylierung katalysiert von der Pyruvat-Kinase
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17
Q

Zwischenprodukte der Glykolyse

A
  • Glucose-6-Phosphat
  • Fructose-6-Phosphat
  • Fructose-1,6-Bisphosphat
  • DHAP
  • Glycerinaldehyd-3-Phosphat
  • 1,3-Bisphosphoglycerat
  • 3-Phosphoglycerat
  • Phosphoenolpyruvat
  • Pyruvat
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18
Q

Enzyme der Glykolyse

A
  • Hexokinase
  • Glucose-6-Phosphat-Isomerase
  • Phosphofructokinase
  • Aldolase/Triphosphatisomerase
  • Glycerinaldehyd-3-Phosphat-Dehydrogenase
  • Phosphoglyceratkinase
  • Phosphoglyceratmutase
  • Enolase
  • Pyruvat-Kinase
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19
Q

Was unterscheidet PEP von 1,3-BPG?

A
  • PEP: geladen, polar, impermeabel
  • 2,3-BPG: ungeladen, neutral, permeabel
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20
Q

Welche beiden Isomerisierungsreaktionen laufen bei der Glykolyse ab?

A
  • 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
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21
Q

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

A
  • 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
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22
Q

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

A

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

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23
Q

Wie wird das Redoxgleichgewicht aufrechterhalten?

A
  • Alkoholische Gärung
  • Milchsäuregärung
  • weitere Oxidation
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24
Q

Erste anoxische Variante - alkoholische Gärung

A
  • Pyruvat –> Ethanol
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25
Q

Die alkoholische Gärung - Gesamtbilanz

A
  • ATP-erzeugender Prozess, in dem organische Verbindungen sowohl als Elektronendonoren alsauch als -akzeptoren fungieren
  • Gärungen können anoxisch ablaufen
  • Glucose + 2 H+ + 2 ADP + 2 Pi → 2 Ethanol + 2 CO2 +2 ATP + 2 H2O
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26
Q

zweite anoxische Variante: Milchsäuregärung

A
  • Pyruvat –> Lactat
  • Direkte Regeneration von NAD+
  • Glucose + 2 ADP + 2 Pi → 2 Lactat + 2 ATP + 2 H2O
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27
Q

Oxische Variante

A

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
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28
Q

Eintrittspunkte anderer Formen von Zucker

A
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29
Q

Fructose Stoffwechsel

A
  • 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
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30
Q

Lactose Stoffwechselweg

A
  • Lactose wird mit Wasser über Enzym Lactase zu Glucose und Galactase gespalten
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31
Q

Galactose Stoffwechselweg

A
  • 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+

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32
Q

Potentielle Kontrollpunkte für Glykolyse

A

irreversible Schritte

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33
Q

irreversible Reaktionen der Glykolyse

A
  • Hexokinase
  • Phosphofructokinase
  • Pyruvatkinase

⇒ Kinase Reaktionen, Phosphorylierungen

34
Q

Zentraler Kontrollpunkt der Glykolyse

A
  • Phosphofructokinase
  • Enzym
  • 4 katalytische Zentren
  • 4 allosterische Zentren
  • committed Step -> Schrittmacherreaktion__​

Warum nicht Hexokinase als zentraler Kontrollpunkt?

→ reguliert auch die Glykogensynthese!

35
Q

Regulation der Glykolyse im Muskel

A
  • 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
36
Q

Wirkung der Adenylatkinase

A
  • 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
37
Q

Gluconeogenese

A
  • Biosynthese von Glucose
  • aus Molekülen, die nicht zu den Kohlenhydraten zählen
  • Besipielquelle: Glycerin (aus der Hydrolyse von Triacylglycerinen)
38
Q

Reaktionsfolge der Gluconeogenese

A
39
Q

Neue Enzyme der Gluconeogenese

A
  • Pyruvat-Carboxylase
  • Phosphoenolpyruvat-Carboxykinase
  • Fructose-1,6-bisphosphatase
  • Glucose-6-phosphatase
40
Q

Umwandlung von Pyruvat in Oxalacetat

A

Carboxylierung in 3 Schritten

  1. Aktivierung von Hydrogencarbonat
    • HCO32- + ATP ⇔ HOCO2-PO32- + ADP
  2. Carboxylierung von Biotin → Beladung
    • Biotin-Enz + HOCO2-PO32- ⇔ CO2-Biotin-Enz + Pi
  3. Übertragung von CO2 auf Pyruvat
    • CO2-Biotin-Enz + Pyruvat ⇔ Biotin-Enz + Oxalacetat
41
Q

Wovon ist die Bildung von Carboxy-Biotin abhängig?

A

hängt von der bindung von Acetyl-CoA an die Pyruvat-Carboxylase ab

⇒Regulation des Citratzyklus

42
Q

Wo wird Pyruvat in Oxalacetat umgewandelt?

A

in dern Mitochondrien

43
Q

Wie wird Oxalacetat aus den Mitochondrien hinaustransportiert und womit parallel?

A
  • als Malat mit Elektronen
44
Q

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

A
  • PEP zu Pyruvat mit Pyruvatkinase der Glykolyse ist irreversibler Schritt
  • Umkehrreaktion nicht möglich
  • GGW lag weit auf Seiten Pyruvats
    *
45
Q

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

A

Es kann/ muss zwei Mal Energie reingesteckt werden

46
Q

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

A
  • umgedrehte Glykolyse ist endotherme Reaktion
    • deltaG0’ = + 84 kJ/mol
47
Q

Was “kostet” die Gluconeogenese?

A

mehr Reduktionsäquivalente

48
Q

Wieso sollten die Glykolyse und Gluconeogenese nicht gleichzeitig ablaufen?

A

schnelle Verfügbarkeit in Stresssituationn

49
Q

Wie wirkt sich der Energiemangel uf die Regulation aus?

A
  • Glykolyse wwird angekurbelt
  • Gluconeogenese wird gehemmt
50
Q

Cori Zyklus

A

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
51
Q

Pentosephosphat-Weg

A
  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
52
Q

oxidative Phase des Pentose-Phosphat-Weges

A
  • Irreversibel
  • Herstellung von Ribulose-5-Phosphat
  • Benötigt zum Aufbau von nukleotiden durch Bildung von d-ribose
53
Q

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

A

aksjn

54
Q

nicht-oxidative Phase des Pentose-Phosphat-Weges

A
  • Reversibel
  • Herstellung von substraten für glycolyse

► Bildung von NADPH

55
Q

Zusammenfassung Glykolyse und Gluconeogenese

A
  • 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
56
Q

Glycogenmetabolismus

A
  • Glykogenabbau
  • Phosphorylase
  • Adrenalin und Glucagon
  • Regulation
57
Q

Struktur des Glykogens

A
  • mobilisierbare Speichreform der Glucose
  • sehr großes, verzweigtes Polymer
  • ein reduzierendes, vielee nicht reduzierende Enden
58
Q

Welche Vorteile könnte Glykogen im Vergleich zu Triacylglycerinen haben?

A
  • schnelle Freisetzung von Glucose
  • konstanthalten des Blutzuckerspiegels
  • Energieumwandlung unter anoxischen Bedingungen
59
Q

Aufbau eines Glykogen-Partikels

A
  • Glykogengranula in Leber und Skelettmuskulatur
  • Liegen im Cytoplasma
60
Q

Glykogenabbau in drei Schritten

A
  • Bildung von Glucose-1-Phosphat mittels Phosphorylase
  • Umformung des Glykogens für den weiteren Abbau
  • Umwandlung von Glucose-1-phosphat in Glucose-6-phosphat
61
Q

Reaktion der Phosphorylase

A
  • Spaltung einer Bindung unter Anführung eines Orthophosphats
  • Abtrennung an den nicht-reduzierenden Enden
62
Q

Drei Enzyme des Glykogenabbaus

A
  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

63
Q

Glycogenphosphorylase

A
  • Pyridoxalphosphat-abhängiges Enzym
  • dimer
  • katalytisches Zentrum zwischen amino und carboxyterminalen Domäne
  • aminoterminale Domäne mit Glykogenbindungsstelle
  • prozessiv
    • hergestelltes Produkt = neues Substrat
64
Q

Isomerisierung von Glucose-1-phosphat

A

Reaktion der Glucosephosphat-Mutase

  • analog zu Phosphoglyceratmutase der Glykolyse
65
Q

Glycogenaufbau in vier enzymatischen Schritten

A
  • Glykogenabbau
66
Q

Warum müssen Muskeln ATP unter aeroben und anaeroben Bedingungen herstellen?

A

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

67
Q

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

A

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

68
Q

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

A

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

69
Q

Wie kann die Glykolyse unter anaeroben Bedingungen aufrechterhalten werden?

A

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

70
Q

Wie beeinflusst Citrat die Glykolyse

A

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

71
Q

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

A

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.

72
Q

Welche metabolischen Schritte unterscheiden sich in Glykolyse und Gluconeogenese?

A

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

73
Q

Wie wird die Phosphorylase b in die Phosphorylase a umgewandelt?

A

Durch die Additition von Phosphat an einen Serinrest

74
Q

Was ist die Funktion des Glykogenabbaus in der Leber?

A

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

75
Q

Warum ist die Verzweigung von Glykogen wichtig?

A
  • Verzweigungen erhöhen die Löslichkeit von Glykogen
  • Verzweigungen erhöhen die Glykogen-Synthese und den Abbau, indem die Zahl der möglichen Angriffsorte erhöht wird
76
Q

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

A
  • 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
77
Q

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

A
  • 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
78
Q

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

A
  • Es ist günstig, da das Verhältnis von [Pi] zu Glucose-1-Phosphat größer als 100:1 ist
79
Q

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

A
  • kein Transporter
  • negative Ladung
  • kann nicht durch Zellmembran gelangen
80
Q

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

A

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

81
Q
A

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