Glykolyse, Gluconeogenese, Glykogenabbau Flashcards
Gesamtgleichung der Glykolyse
C6H12O6 + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi
→
2 C3H4O3 + 2 NADH + 2 H+ + 2 ATP + 2 H2O
Über welchen Weg verläuft die Glykolyse?
Embden-Meyerhof-(Parnas)-Weg (EMP-Weg)
Embden-Meyerhof-(Parnas)-Weg (EMP-Weg)
- 10 Reaktionsschritte in drei Stufen
- 1940: Gustav Embden, Otte Meyerhof und Jacob Parnas
10 Reaktionsstufen in drei Schritte
Wie werden Produkte der Glykolyse weiterverarbeitet?
- aerob: Citratzyklus
- anaerob: Gärungen
Glykolyse Ausführlich
Hexokinase
- 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
Glucose-6-phosphat-Isomerase
(Phosphoglucoseisomerase)
- Umwandlung einer Aldose in eine Ketose
- Enzym muss Ringöffnung katalysieren
- Intermediäres Endiolat
Phosphofructokinase
- Mg2+ abhängige Phosphorylierung
- Allosterisches Enzym –> Regulation der Glucose
Aldolase
- Stufe 2 EMP-Weg
- Lyase, benannt nach Aldolspaltung
- reversibel
- deltaG0’ = +23,8 kJ/mol
Triosephosphatisomerase
- intramolekulare reaktion
- schnelle Reaktion
- kcat/KM= 2*108 –> kinetisch perfekt
Glycerin-3-phosphat-Dehydrogenase (GAPDH)
- Kopplung einer Oxidationsreaktion an eine Phosphorylierung
Phosphoglyceratkinase
- Übertragung einer Phosphorylgruppe mit hohem Gruppenübertragungspotential auf NDP
- Substratkettenphosphorylierung
- erste ATP-bildende Reaktion der Glykolyse
Phosphoglycerat-Mutase
- 3-Phosphoglycerat isomerisiert zu 2-Phosphoglycerat (Mutasen gehören zur Klasse der Isomerasen und katalysieren den intramolekularen Transfer einer chemischen Gruppe)
Enolase
- Abspaltung von Wasser (Enolase ist eine Dehydratase und gehört zu den Lyasen
Pyruvat-Kinase
- Phosphorylgruppentransfer von PEP auf ADP
- zweite Substratkettenphosphorylierung katalysiert von der Pyruvat-Kinase
Zwischenprodukte der Glykolyse
- Glucose-6-Phosphat
- Fructose-6-Phosphat
- Fructose-1,6-Bisphosphat
- DHAP
- Glycerinaldehyd-3-Phosphat
- 1,3-Bisphosphoglycerat
- 3-Phosphoglycerat
- Phosphoenolpyruvat
- Pyruvat
Enzyme der Glykolyse
- Hexokinase
- Glucose-6-Phosphat-Isomerase
- Phosphofructokinase
- Aldolase/Triphosphatisomerase
- Glycerinaldehyd-3-Phosphat-Dehydrogenase
- Phosphoglyceratkinase
- Phosphoglyceratmutase
- Enolase
- Pyruvat-Kinase
Was unterscheidet PEP von 1,3-BPG?
- PEP: geladen, polar, impermeabel
- 2,3-BPG: ungeladen, neutral, permeabel
Welche beiden Isomerisierungsreaktionen laufen bei der Glykolyse ab?
- 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
Im GGW ist wesentlich mehr DHAP als GAP vorhanden. Jedoch erfolgt die Umsetzung von DHAP durch die Triosephosphatisomerase leicht. Warum?
- 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
Wie führt due Umsetzung von Phosphoenolpyruvat zu Pyruvat zur ATP Bildung?
Das Enolphosphat hat ein sehr hohes Phosphorylgruppenübertragungspotential, welches aus der Triebkraft der Tautomerisierung des Enol zm deutlich stabileren Keton resultiert.
Wie wird das Redoxgleichgewicht aufrechterhalten?
- Alkoholische Gärung
- Milchsäuregärung
- weitere Oxidation
Erste anoxische Variante - alkoholische Gärung
- Pyruvat –> Ethanol
Die alkoholische Gärung - Gesamtbilanz
- 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
zweite anoxische Variante: Milchsäuregärung
- Pyruvat –> Lactat
- Direkte Regeneration von NAD+
- Glucose + 2 ADP + 2 Pi → 2 Lactat + 2 ATP + 2 H2O
Oxische Variante
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
Eintrittspunkte anderer Formen von Zucker
Fructose Stoffwechsel
- 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
Lactose Stoffwechselweg
- Lactose wird mit Wasser über Enzym Lactase zu Glucose und Galactase gespalten
Galactose Stoffwechselweg
- 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+
Potentielle Kontrollpunkte für Glykolyse
irreversible Schritte
irreversible Reaktionen der Glykolyse
- Hexokinase
- Phosphofructokinase
- Pyruvatkinase
⇒ Kinase Reaktionen, Phosphorylierungen
Zentraler Kontrollpunkt der Glykolyse
- Phosphofructokinase
- Enzym
- 4 katalytische Zentren
- 4 allosterische Zentren
- committed Step -> Schrittmacherreaktion__
Warum nicht Hexokinase als zentraler Kontrollpunkt?
→ reguliert auch die Glykogensynthese!
Regulation der Glykolyse im Muskel
- 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
Wirkung der Adenylatkinase
- 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
Gluconeogenese
- Biosynthese von Glucose
- aus Molekülen, die nicht zu den Kohlenhydraten zählen
- Besipielquelle: Glycerin (aus der Hydrolyse von Triacylglycerinen)
Reaktionsfolge der Gluconeogenese
Neue Enzyme der Gluconeogenese
- Pyruvat-Carboxylase
- Phosphoenolpyruvat-Carboxykinase
- Fructose-1,6-bisphosphatase
- Glucose-6-phosphatase
Umwandlung von Pyruvat in Oxalacetat
Carboxylierung in 3 Schritten
- Aktivierung von Hydrogencarbonat
- HCO32- + ATP ⇔ HOCO2-PO32- + ADP
- Carboxylierung von Biotin → Beladung
- Biotin-Enz + HOCO2-PO32- ⇔ CO2-Biotin-Enz + Pi
- Übertragung von CO2 auf Pyruvat
- CO2-Biotin-Enz + Pyruvat ⇔ Biotin-Enz + Oxalacetat
Wovon ist die Bildung von Carboxy-Biotin abhängig?
hängt von der bindung von Acetyl-CoA an die Pyruvat-Carboxylase ab
⇒Regulation des Citratzyklus
Wo wird Pyruvat in Oxalacetat umgewandelt?
in dern Mitochondrien
Wie wird Oxalacetat aus den Mitochondrien hinaustransportiert und womit parallel?
- als Malat mit Elektronen
Wieso wird das Phosphoenolpyruvat nicht durch die Umkehrung des letzten Schritts der Glykolyse hergestellt?
- PEP zu Pyruvat mit Pyruvatkinase der Glykolyse ist irreversibler Schritt
- Umkehrreaktion nicht möglich
- GGW lag weit auf Seiten Pyruvats
*
Wieso wird erst carboxyliert (Pyruvat -> Oxalacetat) und dann wieder decarboxyliert (Oxalacetat -> Phosphoenolpyruvat)?
Es kann/ muss zwei Mal Energie reingesteckt werden
Warum ist die Gluconeogenese nicht einfach die Umkehr von Der Glykolyse?
- umgedrehte Glykolyse ist endotherme Reaktion
- deltaG0’ = + 84 kJ/mol
Was “kostet” die Gluconeogenese?
mehr Reduktionsäquivalente
Wieso sollten die Glykolyse und Gluconeogenese nicht gleichzeitig ablaufen?
schnelle Verfügbarkeit in Stresssituationn
Wie wirkt sich der Energiemangel uf die Regulation aus?
- Glykolyse wwird angekurbelt
- Gluconeogenese wird gehemmt
Cori Zyklus
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
Pentosephosphat-Weg
- Irreversible oxidative Phase
- Bildung von NADPH
- 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
oxidative Phase des Pentose-Phosphat-Weges
- Irreversibel
- Herstellung von Ribulose-5-Phosphat
- Benötigt zum Aufbau von nukleotiden durch Bildung von d-ribose
Wieso war die erste Oxidation zentral für die Bildung des C5-Kohlenhydrats?
aksjn
nicht-oxidative Phase des Pentose-Phosphat-Weges
- Reversibel
- Herstellung von substraten für glycolyse
► Bildung von NADPH
Zusammenfassung Glykolyse und Gluconeogenese
- 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
Glycogenmetabolismus
- Glykogenabbau
- Phosphorylase
- Adrenalin und Glucagon
- Regulation
Struktur des Glykogens
- mobilisierbare Speichreform der Glucose
- sehr großes, verzweigtes Polymer
- ein reduzierendes, vielee nicht reduzierende Enden
Welche Vorteile könnte Glykogen im Vergleich zu Triacylglycerinen haben?
- schnelle Freisetzung von Glucose
- konstanthalten des Blutzuckerspiegels
- Energieumwandlung unter anoxischen Bedingungen
Aufbau eines Glykogen-Partikels
- Glykogengranula in Leber und Skelettmuskulatur
- Liegen im Cytoplasma
Glykogenabbau in drei Schritten
- Bildung von Glucose-1-Phosphat mittels Phosphorylase
- Umformung des Glykogens für den weiteren Abbau
- Umwandlung von Glucose-1-phosphat in Glucose-6-phosphat
Reaktion der Phosphorylase
- Spaltung einer Bindung unter Anführung eines Orthophosphats
- Abtrennung an den nicht-reduzierenden Enden
Drei Enzyme des Glykogenabbaus
- Phosphorylase
- stoppt vier Reste vor jeder Verzweigung
- Transferase
- Übertragung eines Bolcks von drei Glucoseeinheiten von einem Ast auf einen anderen Ast
- alpha-1,6-Glucosidase
- hydrolysiert alpha-1,6-glykosidische Bindungen
- debranching enzyme
ein linearer Strang entsteht ► ein Substrat für die Glycogenphosphrylase
Glycogenphosphorylase
- Pyridoxalphosphat-abhängiges Enzym
- dimer
- katalytisches Zentrum zwischen amino und carboxyterminalen Domäne
- aminoterminale Domäne mit Glykogenbindungsstelle
- prozessiv
- hergestelltes Produkt = neues Substrat
Isomerisierung von Glucose-1-phosphat
Reaktion der Glucosephosphat-Mutase
- analog zu Phosphoglyceratmutase der Glykolyse
Glycogenaufbau in vier enzymatischen Schritten
- Glykogenabbau
Warum müssen Muskeln ATP unter aeroben und anaeroben Bedingungen herstellen?
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
Wie führt die Umsetzung von Phosphoenolpyruvat zu Pyruvat zur ATP-Bildung?
Das Enolphosphat besitzt ein sehr hohes Phosphorylgruppenübertragungspotential, welches aus der Triebkraft der Tautomerisierung des Enol zum deutlich stabilieren Keton resultiert..
Geben Sie die Reaktionen an durch die Glycerin, welches aus Fetten stammt, zu Pyruvat metabolisiert oder zur Synthese von Glucose verwendet werden kann
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
Wie kann die Glykolyse unter anaeroben Bedingungen aufrechterhalten werden?
Pyruvat kann eentweder zu Lactat oder Ethanol reduziert werden. Diese Reaktion wird von der Oxidation von NADH begleeitet um NAD+ zu regenerieren
Wie beeinflusst Citrat die Glykolyse
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
Warum ist es sinnvoller, dass die Aktivität der Phosphofructokinase und nicht der Hexokinase als wichtiger Kontrollpunkt genutzt wird?
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.
Welche metabolischen Schritte unterscheiden sich in Glykolyse und Gluconeogenese?
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
Wie wird die Phosphorylase b in die Phosphorylase a umgewandelt?
Durch die Additition von Phosphat an einen Serinrest
Was ist die Funktion des Glykogenabbaus in der Leber?
Wichtig für den Glucose-Export in andere Gewebe, wenn der Glucose-Spiegel niedrrig ist
Warum ist die Verzweigung von Glykogen wichtig?
- Verzweigungen erhöhen die Löslichkeit von Glykogen
- Verzweigungen erhöhen die Glykogen-Synthese und den Abbau, indem die Zahl der möglichen Angriffsorte erhöht wird
Was ist der Vorteil Glykogen als leicht verfügbare Glucose-Quelle zu haben?
- 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
Was ist das Schicksal von Glucose-1-phosphat, welches von Glykogen abgeleitet wird?
- 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
Warum ist die Bildung von Glucose-1-Phosphat energetisch günstig, obwohl der deltaG0’- Wert sehr gering ist?
- Es ist günstig, da das Verhältnis von [Pi] zu Glucose-1-Phosphat größer als 100:1 ist
Warum kann Glucose-1-phosphat nicht aus den Zellen diffundieren
- kein Transporter
- negative Ladung
- kann nicht durch Zellmembran gelangen
Warum muss die Kontrolle des Glykoens in Muskeln und in der lebrr unterschiedliche erklärt werden?
In den Muskeln wird Glucose nur für den eigenen Gebrauch erhalten, wohingegen die Leber die Glucose-Homöostase des gesamten Organismus aufrechterhalten muss
