Kohlehydrat SW Flashcards
Wie ist ATP geladen?
vierfach negativ geladen mit 2 energiereichen Phosphorsäureanhydrid-Bindungen
-> kinetische Hemmung der stark exergonen Hydrolyse -> idealer Energieüberträger
Wie kann ATP wieder regeneriert werden?
- Substratkettenphosphorylierung z.B. Pyruvatkinase
(= Übertragung eines Phosphats von einem energiereichen Substrat auf ADP) - Atmungskettenphosphorylierung
Welche weiteren Aktivitäten hat ATP?
- Pyrophosphatüberträger
- Adenylierungsreaktionen
- Neurotransmitter
Welche Reaktionen werden als energiereiche Verbindung bezeichnet? stark nach schwach
1) Adenylylsulfat -> AMP + SO4(2-)
2) Phosphoenolphosphat -> Pyruvat + Pi
3) Kreatinphosphat -> Kreatin + Pi
4) Acetyl-CoA -> Acetat + CoA
5) ATP -> ADP + Pi
6) Glucose-6-Phosphat -> Glucose + Pi
7) Glutamin -> Glutaminsäure + NH4+
Für welche weiteren Synthesen ist G6P Ausgangspunkt?
- Pentosephosphatweg
- Glycogenbiosynthese
- Monosaccharidebiosynthese
Wieso ist der Pentosephosphatweg so wichtig?
wichtiger Aufbauweg für Ribulose-5-Phosphat & NADPH
Was entsteht bei der Glycolyse?
aus Glucose werden 2 Pyruvate
+ 2 ATP
+ 2 NADH/H+
Was passiert in der oxidativen Decarboxylierung?
aus Pyruvat wird Acetyl-CoA -> Citratzyklus
Wie lautet die Energiebilanz insgesamt für den Kohlenhydrat SW?
4 ATP
10 NADH/H+
2 FADH2
= 38 ATP
Wo warten die Enzyme der Glycolyse?
im Cytosol
Welcher Schritt in der Glykolyse ist der geschwindigkeitsbestimmender Schritt?
Phosphofructokinase I
Triosephosphatisomerase
= reversible Umwandlung von Glycerin-3-Phosphat zu DHAP
-> Säure-Base-Katalyse über Glu & His-Reste
-> Bildung eines Endiol-Zwischenprodukts
Warum wird NADH/H+ gewonnen bei Glycerinaldehyd-3-Phosphatdehydrogenase?
aufgrund energiereicher Phosphorsäure-Carbonsäure-Anhydridbindung
Glycerinaldehyd-3-P-DH Mechanismus erklären
-> nukleophiler Angriff von Cys im aktiven Zentrum an Aldehyd = Thiohalbacetal
-> Oxidation durch NAD+ zum energiereichen Thioester
-> Phosphorolyitsche Spaltung
-> Säure-Base-Katalyse durch His
Wie lautet die Energiebilanz bei Glycolyse?
2 ATP
2 NADH/H+
Wie lautet die Energiebilanz bei Pyruvat-DH?
2 NADH/H+
Wie lautet die Energiebilanz beim Citratzyklus?
6 NADH/H+
2 FADH2
2 GTP
Wie lautet die Atmungskette für NADH/H+ & FADH2?
NADH/H+ = 2,7 ATP
FADH2 = 1,6 ATP
Fructosestoffwechsel
Glucose -> (Aldosereduktase) -> Sorbitol -> (Ketosereduktase) -> Fructose
Welches Ziel möchte man mit dem Pentosephosphatweg erlangen?
- Vollständige Oxidation von Glucose zur Bildung von NADH/H+
- Biosynthese von Pentosen u.a. Ribose für Nukleotide
- Kombination von NADHP & Monosaccharid-Biosynthese
Transketolase
- Übertragung von C1/C2 der Xylulose-5-P auf Ribose-5-P
- Spaltung und Knüpfung neuer C-C Bindungen
Transaldolase
- Übertragung eines Dihydroxyaceton-Rests des C7-Zuckers auf Glycerinaldehyd-3-P
- Spaltung und Knüpfung neuer C-C Bindungen
Wann kann der nicht-oxidative Teil des Pentosephosphatwegs rückwärts verlaufen?
bei erhöhtem Pentosebedarf
Transketolase Mechanismus
1) Ionisation von TPP zum Ylid
2) nukleophiler Angriff des Carbanions am Ketosesubstrat
3) C-C Bindungsspaltung unter Freisetzung der Aldose
4) Angriff des durch TPP resonanzstabilisierten Carbanions am Aldosesubstrat
5) Freisetzung der Ketose
Transaldolase Mechanismus
1) Schiff-Basen-Bildung des Ketosesubstrats mit Lys
2) Protonierung der Schiff-Base
3) C-C-Bindungsspaltung unter Freisetzung der Aldose
4) Bindung des Aldosesubstrats
5) nukleophiler Angriff des Enamins am Aldosesubstrat
6) Deprotonierung der Schiff-Base
7) Hydrolytische Spaltung der Schiff-Base & Freisetzung der Ketose
Gluconeogenese
= Umkehr der reversiblen Reaktionsanteile der Glycolyse
-> Erythrocyten, Nierenmark & Gehrin nutzen Glucose als einzige Energiequelle
-> vollständige Enzymausstattung nur in Leber, Niere & intestinaler Mukosa
Welche sind wichtige Substrate der Gluconeogenese?
- glucogene AS
- Lactat
- Glycerol
Welche 3 irreversiblen Glycolyse-Reaktionen werden umgehen bei der Gluconeogenese & welche sind neu?
1) Hexokinase -> Glucose-6-Phosphatase
2) Phosphofructokinase -> Fructose-1,6-Bisphosphatase
3) Pyruvatkinase -> Pyruvatcarboxylase & Phosphoenolpyruvatcarboxykinase
Wie lautet die Energiebilanz für Gluconeogenese?
4 ATP
2 GTP
2 NADH/H+
= 9,4 ATP
Pyruvatcarboxylase
Cofaktoren = Biotin & ATP
Anaplerotische Reaktion des Citratzyklus
Phosphoenolpyruvatcarboxykinase (PEPCK)
- gleichzeitige Phosphorylierung & Decarboxylierung
- Decarboxylierung als Energielieferant zur Herstellung einer Verbindung mit hohem Gruppenübertragungspotential
Wo findet die Pyruvatcarboxylase statt?
in MT-Matrix
Wie wird Oxalacetat zw MT & Cytosol transportiert?
-> Malat-Shuttle
NADH/H+ abh. Überführung in Malat, Transport ins MT-Matrix & Regeneration von Oxalacetat & Malat
Wie werden Monosacchariden für Biosynthesen aktiviert?
1) G-6-P -> Glucose-1-P
2) Monosaccharid-1-P + NTP -> NDP-Monosaccharid + PPi
3) NAD+ abhängige Oxidation von UDP-Glucose liefert UDP-Glucuronat
Glycogensynthese
= Prozess, bei dem aus Glukose der Speicherstoff Glykogen, ein hoch verzweigtes Homoglykan, gebildet wird
Wo findet Glycogensynthese statt?
v.a. in Leber & Muskel
Glycogensynthese Mechanismus
1) Aktivierung der Glucose als UDP-Glucose
2) Knüpfung a(1->4) Bindung durch Glycogensynthase
3) es werden 3 Phosphosäureanhydrid-Bindungen gespalten
4) Glycogenneusynthese
Was macht das Branching Enzym
Es führt bei alle 6. Glucoseeinheit eine Verzweigung a(1->6) ein
-> Kein ATP-Verbrauch
Glycogenolyse
= dient dem temporären Ausgleich fehlender Nahrungsglukose
-> Muskeln nutzen das in ihnen gespeicherte Glykogen selbst, die Leber kann anderen Organen Glukose zur Verfügung stellen
Glycogenolyse Mechanismus
1) von Glykogen über Glycogenophosphorylase zu G-1-P
2) Umwandlung zu G-6-P über Phosphoglucomutase
3) Freisetzung von Glucose aus G-6-P in Leber & Niere durch Glucose-6-Phosphatase
Was macht das Debranching Enzym?
letzten 4 Glucoseeinheiten vor einer Verzweigung können nicht durch die Phosphorylase entfernt werden -> Übertragung von 3 Glucoseeinheiten auf eine andere Kette -> hydrolytische Spaltung der a(1->6) Bindung unter Freisetzung von Glucose
Welche Glucosetransporter hat der Körper für die Regulation der Glucosehomöostase?
- GLUT 1
- GLUT 2
- GLUT 3
- GLUT 4
- GLUT 5
Wo kommt der Transport GLUT 1 vor?
- universell
- u.a. Blut-Hirn-Schranke
Wo kommt der Transporter GLUT 2 vor?
- Hepatocyten
- ß-Zellen
- Mucosa- & Nierenepithellen
Wo kommt der Transporter GLUT 3 vor?
- universell
- Neurone
Wo kommt der Transporter GLUT 4 vor?
- Adipocyten
- Skelettmuskelzellen
- Herzmuskelzellen
Wo kommt der Transporter GLUT 5 vor?
- intestinale Enterozyten
- Spermatozyten
Was sind die Besonderheiten von GLUT 1?
- Grundversorgung
- niedriger Km-Wert -> Glucoseaufnahme wird sichergestellt
Was sind die Besonderheiten von GLUT 2?
- hoher Km-Wert -> Glucosesensor
(= je mehr Glucose -> mehr können Zellen aufnehmen)
Was sind die Besonderheiten von GLUT 3?
- Grundversorgung
- niedrigerer Km-Wert
Was sind die Besonderheiten von GLUT 4?
Insulin bewirkt eine Fusion von GLUT4-Speichervesikeln mit Plasmamembran -> erhöhten Glucoseaufnahme
Was sind die Besonderheiten von GLUT 5?
Fructosetransporter
Was passiert im extrahepatischen Gewebe, wenn man eine Kohlenhydratreiche Nahrung zu sich hatte?
1) Freisetzung von Insulin steigt
2) Glucoseaufnahme über GLUT 4 steigt -> Expression Hexokinase II steigt -> G-6-P steigt
3) Glycogenbiosynthese: Stimulation durch G-6-P steigt
4) Hexokinase II: Feedback-Hemmung durch G-6-P sinkt
Was passiert in den Hepatocyten, wenn man eine Kohlenhydratreiche Nahrung zu sich hatte?
1) Glucose-Aufnahme über GLUT 2 steigt
2) Dissoziation des Glucokinase-Regulatorproteins & Transport der Glucokinase vom Kern ins Cytosol steigt
3) Induktion der Glucokinase durch Insulin steigt
4) G-6-Phosphatase: Repression durch Insulin sinkt
Was ist die Pyruvat-DH?
= Pyruvat-dehydrogenase -> aus Pyruvat entsteht Acetyl-CoA
-> Dehydrierende Decarboxylierung
-> ist ein Multienzymkomplex aus 4 Komponenten in mehrfacher Ausstattung
In welchen 3 Enzymaktivitäten ist Pyruvat-DH beteiligt & welche sind die jeweiligen Coenzyme?
- Pyruvatcarboxylase (TPP)
- Lipoattransacetalyse (a-Liponsäure, CoA)
- Dihydrolipoat-DH (FAD, NAD+)
Wie wird die Pyruvat-DH reguliert?
- verfügt über Kinase- (PPi, ADP, Pyruvat) = HEMMUNG & Phosphataseaktivität (Mg,Ca) = AKTIVIERUNG
- durch Phosphorylierung dreier Ser-Reste wird Komplex (Dephospho-PDH) inaktiviert (Phospho-PDH)
- d.h. Effektoren hemmen entweder das aktive Enzym oder Phosphorylierung
Wann kommt es zur Hemmung der Pyruvat-DH Regulation?
bei hohen Energiestatus: NADH, ATP, Acetyl-CoA
Wann kommt es zur Aktivierung der Pyruvat-DH Regulation?
bei niedrigeren Energiestatus (ADP), Substratanhäufung (Pyruvat) oder Ca2+ Influx
Wo findet der Citratzyklus statt?
in MT-Matrix
Was passiert im Citratzyklus?
- vollständige Oxidation von Acetat zu CO2
- Phase 1 = Bildung von Citrat -> 2x Oxidation -> 2x Decarboxylierung
- Phase 2 Regenerierung von Oxalacetat aus Succinat
Wie läuft die hormonelle Regulation der Glycogensynthese ab?
1) Inaktivierung von GSa durch PKA zu GSb (P) an bis zu 9 Ser-Resten
2) Kinase phosphorylieren unterschiedliche Ser-Reste -> Ausmaß des Aktivitätsverlustes ist verschieden
3) Inhibitorische Phosphorylierung von GSK3 durch Insulin über PKB aktiv
4) allosterische Regulation von Reaktivierung von p-Glycogensynthase durch G6P
Wie läuft die hormonelle Regulation der Glycogenphosphorylase ab?
1) G6P als allosterischen Aktivator steigt
2) Inhibitorische Phosphorylierung durch PKA sinkt
3) PKA-abhängige Phosphorylierung eines spezifischen Inhibitorproteins sinkt
Welche sind hormonellen Regulatoren der Gluconeogenese?
- Pyruvatcarboxylase -> cAMP, Glucocorticoid (Induktor) & Insulin (Repressor)
- PEP-Carboxykinase cAMP, Glucocorticoid (Induktor) & Insulin (Repressor)
- Fructose-1,6-Biphosphatase -> Glucocorticoid, cAMP (Induktor) & Insulin (Repressor)
- Glucose-6-Phosphatase -> Glucocorticoid, cAMP (Induktor) & Insulin (Repressor)
Was passiert bei der hormonellen Regulation der Gluconeogenese wenn Insulin anwesend ist?
1) SREBP-1c (= Sterol response element binding protein)
2) Abspaltung der cytosolischen Domäne & Translokation in Zellkern
3) Umschaltung des SW hin zu Lipogenese aus KH durch Induktion von Glucokinase, Acetyl.CoA-Carboxylase, Fettsäuresynthase
4) Dephosphorylierung des ChREBP (= Carbohydrate response element binding proteins) indirekt durch Erhöhung des G6P-Konzentration
5) Hemmung von Enzymen der Gluconeogenese
Was macht Glucagon?
= Gegenspieler von Insulin
- steigert den Blutzuckerspiegel, indem in der Leber Glykogen abgebaut wird (Glykogenolyse) und die Glukoneogenese gefördert wird
- steigert auch cAMP-Konzentration
Was passiert bei der hormonellen Regulation der Gluconeogenese wenn Glucagon anwesend ist?
1) Phosphorylierung des Transkriptionsfaktor CREB durch PKA
2) Bindung von p-CREB an das cAMP-response-element (CRE) in der Promotorregion
3) Hemmung oder Induktion
4) Inaktivierung von ChREBP über PKA
5) Inhibitorische Phosphorylierung der Pyruvatkinase durch PKA
Wie läuft die allosterische Regulation der Gluconeogenese?
1) bei Energiemangel steigt ADP -> Hemmung der Pyruvatcarboxylase
oder Acety-CoA steigert es
2) PFK1 steigt & F-1,6-bPase sinkt durch F-2.6-P
3) Pyruvatkinase durch F-1,6-bP steigt & Alanin und ATP sinken
4) Pyruvat-DH durch Substrataktivierung & Produkthemmung
5) F-1,6-bPase sinkt durch AMP
Welche sind hormonelle Regulatoren der Glykolyse?
- Glucokinase-> Insulin (Induktor) & cAMP(Repressor)
- PFK-1 -> Insulin + Glucose (Induktor) & cAMP(Repressor)
- PFK-2 -> Insulin, Glucose + Glucocorticoide (Induktor) & cAMP (Repressor)
- Pyruvatkinase -> Insulin + Glucose (Induktor) & cAMP (Repressor)
Erkläre das FPK2/FBPase2-System
= PFK-2 & Fructose-2,6-Biosphosphatase Aktivität liegen auf einer Peptidketten
1) LEBER
- PFK-2 Aktivität ist unphosphoryliert -> Glykolyse
- FBPase Aktivität ist phosphoryliert durch PKA -> Gluconeogenese
2) HERZMUSKEL
- Phosphorylierung durch PKA stimuliert PFK-2 Aktivität -> Glykolyse
3) SKELETTMUSKULATUR
- keine Regulation durch PKA
- Anstieg von F-2,6-bP durch erhöhte Glucoseaufnahme
Wie wird das FPK2/FBPase2-System reguliert?
- Insulin hemmt cAMP
- Glucagon stimuliert cAMP
Was passiert im Galactosestoffwechsel?
= eng verbunden mit Glucosestoffwechsel
1) Aktivierung als UDP-Galactose nach UMP-Transfer von UDP-Glucose auf Galactose-1-P
2) Epimerisierung von UDP-Galactose zu UDP-GLucose
AGE
- Lineare Zunahme von AGEs im Bindegewebe während des Alterns
- Verstärkte Bildung des AGEs bei Diabetes mellitus
- Vermuteter Zusammenhang mit Arteriosklerose
Nenne einige erworbene Störungen des Kohlenhydrate-SW
- Diabetes mellitus -> Insulinmangel
- Hyperinsulinismus -> Insulinantagonisten-Mangel
- Kohlenhydratmalabsorption -> gestörte intestinale Resorption von Monosacchariden
- Hypoglykämien
- Lactatacidose
- Frühgeborenenikterus -> Glucoronatransferase-Aktivität Mangel
Grund der Fructose-Intolaranz
Anreicherung von Fructose und F-1,6-P -> Hemmung der Aldolase & Fru-1,6-bP
Was macht die Citratsynthase?
1) Adoladdition einer Carbonylverbindung an einem HC-aciden Thioester
2) Hydrolytischen Spaltung des Thioesters
3) Säure-Base-Katalyse durch His - & Asp-Reste
Was macht die Aconitase?
1) Sequentielle Dehydratisierung & Hydratisierung
2) prochirale Verbindung Citrat wird im Enzym so orientiert, dass Hydroxygruppe des Isocitrats am Oxalacetat-C engeführt
3) für Ausrichtung des Citrats ist Eisen-Schwefel-Cluster beteiligt
Was macht die Isocitrat-DH?
!) NAD+ abhängige Oxidation zur a-Ketosäure
2) spontane Decarboxylierung
Was macht die Ketoglutarat-DH?
1) Analoger Mechanismus zur Pyruvat-DH
2) Multienzymkomplex mit TPP, a-Liponsäure, CoA, FAD, NAD+ als Cofaktoren
Was macht die Succinyl-CoA-Synthase?
1) intermediäre Bildung von Succinylphosphat durch Phosphorylyse des CoA-Esters
2) Übertragung des Phosphats auf Histidin-Rest -> GTP
Was passiert bei der Regeneration des Oxalacetats?
1) C-C-Dehydrierung
2) Wasseraddition
3) Oxidation zur Ketosäure
Wie wird Citratzyklus reguliert?
-> Acetyl-CoA Anlieferung bestimmt metabolischen Fluss
- Hemmung durch ATP & NADH = Überschuss energiereicher Verbindung
- Aktivierung durch ADP = Energiemangel#
- Aktivierung durch Ca2+
- Regulation durch Zwischenprodukte
Was versteht man unter anaplerotische Reaktion
= Reaktionen zur Auffüllung der Citrat-Zyklus-Metabolite
!) Transaminierungsreaktionen
- Alanin -> Pyruvat
- Aspartat -> Oxalacetat
- Glutamat -> a-Ketoglutarat
2) cytosolisches Malatenzym
- Pyruvat + CO2 + NADPH/H+ -> Malat + NADP+
Was ist die Oxidative Phosphorylierung?
- Oxidation von H2 in Form von NADH/H+ oder FADH2 Reduktionsäquivalenten zu H2O
- Elektronentransport über Komplex I, III, IV gemäß steigendem Redoxpotential
- Ubichinol & Cytochrom c als mobile Elektronenüberträger zw- den Komplexen
- Endoxidation in MT-Matrix
- Nutzung der Redoxenergie zum Aufbau eines Protonengradienten über innere MT-Membran
Was kann von äußerer MT-Membran passieren was von inneren MT-Membran?
äußere: Porin
innere: Impermeabel selbst für H+ -> spez. Carrier nötig
Atmungskette
= Energiegewinnung
- Kopplung des Elektronentransports mit einem Protonentransport durch Komplexe I -IV
- Protonen folgen Elektronen-bedingte Ladungsänderung
- Elektronentransport von negativem zu positivem Redoxpotential
- die freigesetzte Energie wird zum Aufbau eines Protonengradienten verwendet
Welche sind Zweielektronentransfer und welche Einelektronentransfer?
Zwei: FAD, NADH, FMN, Ubichinon
Ein: FMN, FAD, Häm, Fe-S, Cu2+/+, Ubichinon
Was macht Ubichinon?
- hydrophobes Isoprenoid in inneren MT-Membran
- mobiler Elektronenüberträger zw. Komplex I & III
- gleichzeitiger Transport von 2 Elektronen & Protonen durch Redoxwechselzw. Chinon- & Hydrochinon-Form
- Einelektronenaufnahme unter Bildung eines Semichinons
Komplex I
NADH: Ubichinon-Oxidoreduktase
Komplex II
Succinat: Ubichinon-Oxidoreduktase
Komplex III
Ubihydrochinon; Cytochrom-c-Oxidoreduktase
Komplex IV
Cytochrom-c-Oxidase
Erkläre die Ubichinon-Oxidoreduktase
1) Komplex I
-> Oxidation von NADH/H+ aus Citrat-Zyklus & Transport von 4H+
-> 2 H+ werden von Ubichinon auf Matrixseite aufgenommen
2) Komplex II
-> FADH2 der Succinat-DH UE überträgt Elektronen direkt auf Ubichinon
3) ETF:Ubichinon-Oxidoreduktase
-> Übertragung der Elektronen von FADH2 aus ß-Oxidation auf ETF
-> ETF = mobiles FAD-haltiges Elektronentransportprotein
4) Glycerophosphat: Ubichinon-Oxidoreduktase
Was macht das Cytochrom c?
= mobiler Elektronenüberträger zwischen Komplex III & IV
- lose Assoziation mit Außenseite der inneren MT-Membran
- Einelektronentransfer durch Redoxwechsel zw Fe2+ und Fe3+
Was ist das Fe-S-Zentrum?
= 2 oder mehrkernige Eisenzentren
- tetraedische Koordination der Fe-Ionen durch Sulfid oder Cystein
- unabhängig von der Anzahl der Fe-Atome, können Fe-S-Cluster immer nur 1 Atom aufnehmen
