Kohlenhydrate: fertig? Flashcards
Welche biologischen Funktionen beeinhalten Kohlenhydrate? (4)
1) energiespeicher, Brennstoffe, metabolite
2) DNA/RNA Bestandteile
3) strukturelemente der zellwände von Bakterien/Pflanzen
4) Bestandteil von Proteinen und lipiden
Informationsweitergabe
aus was bestehen kohlenhydrate? Welche Verbindungen (stoffklassen) sind kohlenhydrate?
Kohlenstoff und wasser
Monosaccharide: Aldehyde/ keton mit 2 odr mehr hydroxygruppen
Summenformel von Kohlenhydraten
(C-H2O)_n
Mit n >= 3
Bezeichnung für:
Bild/ spiegelbild
D/L und r/s
Enantiomere
Bezeichnung für:
Nicht spiegelbildliche stereoisomere
Diastereoisomere
Bezeichnung für:
Haben mehrere chirale Zentren
Unterscheiden sich in einem
Epimere
Bezeichnung für:
Wo wird das chirale zentrum angegriffen?
Alpha/beta
*Anomere
*Aldose
R-CHO kopfgruppe
*Ketose
R-COR’ kopfgruppe
Ein asymmetrisches Zentrum weniger!
*Halbacetal
Durch Ringbildung von Aldosen
Aldehyd +Alkohol
HO OR'
\ /
C
/ \
R H
*Halbketal
Durch Ringbildung von ketosen
Keton + Alkohol
HO OR''
\ /
C
/ \
R R'
Pyranosen
Ensteht durch Nukleophiler Angriff der C6 hydroxylgruppe > 6 Ring mit O
Furanose
Entsteht durch nukleophiler Angriff der C5 hydroxylgruppe > 5 Ring mit O
Axial
Vertikale Anordnung
Kleine substituenten
Äquatorial
Horizontal
Große substituenten
Alpha glykosidische bindung
OH nach unten am C1
Beta glykosidische bindung
OH nach oben beim C1
C1
Anomerer kohlenstoff
D zucker
am 5. C OH rechts: (in ringform: unten)
L Zucker
am 5. C OH links (in ringform: oben)
Was ist Voraussetzung dafür dass ein Zucker reduzierend wirken kann?
Offene Form
Aldosen (Ketosen reagieren zwar, aber langsam)
Ein freier anomerer kohlenstoff
Fehlingssche lösung
Nachweisreaktion für reduzierende zucker
Blauses Cu2+ -> Cu+ -> Cu2O (roter NS)
Zucker wird zur carbonsäure oxidiert
Welche Eigenschaften des zuckers ändern sich durch die phosphorylierung?
- ## LadungPermeabilität verschwindet - Stabilität fällt -> reaktivität steigt
2 moleküle D-glucose ergeben:
1 Molekül maltose
Durch was werden zwei monosaccharide verknüpft?
N-/O-glykosidische bindung
Alpha-d-glucopyranosyl-(1-4)-alpha-glycopyranose
Maltose
Beta–D-galactopyranosyl-(1-4)-alpha-glycopyranose
Lactose
Alpha-D-Glucopyranosyl-(1-2)-beta-D-fructofuranose
Saccharose
Polysaccharide
Mehrfachzucker
Wie sind Zucker die dem energiespeicher dienen verknüpft?
Alpha-glykosidisch
Stärke: amylose, amylopektin, glykogen
Wie sind Zucker die der strukturbildung dienen verknüpft?
Warum + Bsp
Beta-glykosidisch
- > bilden lineare ketten ,die horizontal über WBB verbunden sind (stabil!)
- > Ausbildung von Beta Faltblatt
Cellulose
Chitin
Proteoglykane
Bsp
Proteine die an glykosaminoglykane geknüpft sind
Heparin
Glykosyltransferasen
Enzyme die Proteine an Kohlenhydrate - Oberflächen knüpfen
Informationsträger
Zellmarkierung
Werden durch Stoffwechselzwischenprodukte markiert zb NDP/UDP
Glykoproteine
Oberflächen Proteine, die an Kohlenhydrate binden
Häufig in Eukaryoten, selten in proka
Bindung an An (asparadin) nur in sequenzmotiven
ansonsten bindung ab ser/thr
Lectine
Spezifische Kohlenhydratbindene Proteine
Liest Infos aus
Glykolyse reaktionsgleichung
C6H1206 + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 P —> 2 C3H4O3 + 2 NADH + 2 ATP + 2 H2O
Durch welche stoffwechselwege wird das aus der glykolyse gewonnene Pyruvat und NADH weiterverarbeitet?
Aerob: citrat-zyklus und Atmungskette
Anaerob: gärung
Zwischenprodukte der glykolyse
Glucose
Glucose-6-phosphat
Fructose-6-Phosphat
Fructose-1,6-biphosphat
Glycerinaldehyd-3-phosphat
1,3-Biphosphoglycerat
3-phosphoglycerat
Phosphoenolpyruvat (PEP)
Pyruvat
Enzyme der glykolyse
Hexokinase
Glucose-6-phosphat-isomerase
Phosphofruktokinase
Aldolase// triphosphat-isomerase
Glycerinaldehyd-3-phosphat-dehydrogenase
Phosphoglycerat-kinase
Phosphoglycerat-mutase
Enolase
Pyruvat-kinase
glykolyse
allg
Kinase
Phohatgrupppentransfer
ATP - P
ADP + P
Einfangreaktion
metallabhängig
Sicherheitsmechanismus: induced fit
glykolyse
allg
Isomerase/mutase
Aldosen ketose
Katalyse der ringöffnung
glykolyse
allg
Aldolase
Aldolspaltung
C6 in 2×C3
Lyase
Reversibel: Addition Spaltung
glykolyse
allg
Dehydrogenase
e- auf NAD+
Substrat +P
glykolyse
allg
Mutase
Phosphattransfer
glykolyse
allg
Enolase
-H2O unter Bildung einer DB
glykolyse
Hexokinase
- Schritt
Glucose + ATP -> glucose-6-phosphat + ADP + H+
ungeladen/ geladen/polar/unper-
Neutral meabel
- Einfangreaktion
- Destabilisiert Glucose
- metallabhängig
- sicherheitsmechanismus: induced fit
GG_P
Irreversibler Schritt
Regulationspunkt
verbraucht ATP
in GNG: Glucose-6-Phosphatase (H2O rein, Pi raus)
glykolyse
Glucose-6-phosphat isomerase
- Schritt
Glucose-6-phosphat -> Fructose-6-Phosphat
-Aldose-ketose
-Katalyse der ringöffnung
-Intermediat endoliat
-Keto-Enol-Tautomerie
-> nötig damit Spaltung in 2 x C3 möglich
GG_E=P
glykolyse
Phosphofruktokinase
- Schritt
Fructose-6-Phosphat +ATP -> Fructose-1,6-bisPhosphat + ADP + H+
Metallabhängig (mg2+)
allosterisches
Enzym-> Regulation der glykolyse
Irreversibler Schritt
Regulationspunkt
GG_P
verbraucht ATP
in GNG: Fructose-1,6-Bisphosphatase (H2O rein, Pi raus)
glykolyse
Aldolase
- Schritt
Fructose-1,6-biPhosphat -> dihydroxyacetonphosphat + glycerinaldehyd-3-phosphat
Lyase
Reversible: Aldolspaltung/Addition
reagiert weiter
die phosphate sorgen dafür, dass verbindung in zelle eingeschlossen ist (polar)
GG_E
glykolyse
Triphosphat-isomerase
im 4. Schritt
Dihydroxyacetonphosphat-> glycerinaldehyd-3-phosphat
- Intramolekulare Redoxreaktion /1C ox -> 1C red
- Extrem schnell (“perfektes Enzym”)
- (Beta/alpha)_8 - Barrel
- Kopf: katalyse + bauch: Stabilität
- Verhindert unerwünschte nebenreaktion - negative Katalyse
- wichtig für den nachfolgenden doppelten Reaktionsverlauf!
GG_E=P
glykolyse
Glycerinaldehyd-3-phosphat dehydrogenase
- Schritt
Glycerinaldehyd-3-phosphat + NAD+ + P -> 1,3-biphosphoglycerat + NADH + H+
Kopplung von oxidation an phosphorilyierung, Tioester zwischenprodukt (hält E im System)
Reaktionen können thermodynam. hintereinander ablaufen, aber nicht KINETISCH
Energiegewinn: 1 NADH
GG_E=P
glykolyse
Phosphoglyceratkinase
1,3-biphosphoglycerat + ADP + H+ -> 3-phosphoglycerat + ATP
Substratstufenphosphorilierung auf NDP
Erste ATP Bildende Reaktion!
GG_P
glykolyse
Phosphoglycerat-mutase
7.
3-phosphoglycerat-> 2-Phosphoglycerat
Isomerisierung ( Verschieben einer PO_3^2- gruppe)
glykolyse
Enolase
8.
2-Phosphoglycerat -> phosphoenolpyruvat + H2O
Abspaltung von H2O
-> nötig für Enolatbildung, sonst keine DB
glykolyse
Pyruvat-Kinase
9.
PEP + ADP-> pyruvat + ATP
Phoyphorylgruppentransfer von PEP auf ADP
L(eber)/M(uskel)-Isozym
Irreversibler Schritt
Regulationspunkt
bei hohem Blutglucose-spiegel: dephosphorilierung der PK in der Leber, wird durch F-1,6-BP angeregt
bei nierdrigem BGS: Phosphorylierung der PK, wird durch Alanin (ATP) reguliert, da wenn viel Alanin vorhanden, Umwandlung von diesem zu Pyruvat
ATP-Gewinn
IN GNG: Pyruvat-Carboxylase zu Oxalacetat über PEP-Carboxylkinase zu PEP
was ist negative Katalyse?
schleife über akt. Z:
- zurückhalten des Zwischenproduktes
- stereoelektr. kontrolle
Enzyme müssen unerwünschte nebenreaktionen verhindern!
Was unterschiedet PEP von 1,3-Bisphosphoglycerat?
PEP: geladen, polar, unpermeabel
1,3-BPG: ungeladen, neutral, permeabel
Anoxische Varianten zum abbau von Pyruvat
Milchsäuregärung
Alkoholische gärung
Alkohol. Gärung
ATP zeugener Prozess
Nutzt organ. Verbindungen elektronendonoren, -akzeptoren
Anoxisch
Glucose + 2H+ + 2ADP + 2P -> 2 Ethanol + 2CO2 + 2ATP + 2H2O
Glycerinaldehyd-3-phosphat dehydrogenase
Alkohol dehydrogenase
Enzyme der alk gärung
Glycerinaldehyd-3-phosphat dehydrogenase
Alkohol dehydrogenase
Milchsäuregärung
Direkte Regeneration von NAD+
pyruvat -> lactat
Anoxisch
Glucose + 2ADP + 2P -> 2 Lactat + 2ATP + 2H2O
lactat dehydrogenase
Enzyme milchsäuregärung
Lactat dehydrogenase
Oxische Varianten zum abbau von pyruvat
vollständige Verbrennung: Citratzyklus
Atmungskette
Pyruvat + NAD++ CoA -> Acetyl-CoA + CO2 + NADH
Fructose stoffwechsel
Aufnahme der fructose über den fructose-1-Phosphat weg in der leber
Fructose über fruktokinase zu fructose-1-phosphat
Über fructose-1-phosphat Aldolase zu dihydroxyacetonphosphat + glycerinaldehyd, das über triose-kinase zu glcerinaldehyd-3-phosphat
Fructose stoffwechsel
Fruktokinase
Phosphoryliert fructose zu fructose-1-phosphat
Fructose stw
Fructose stoffwechsel
Fructose-1-phosphat aldolase
Spaltet Fructose-1-Phosphat zu glycerinaldehyd und dihydroxyacetonphosphat
Fructose stw
Fructose stoffwechsel
Triose kinase
Phosphoryliert glycerinaldehyd zu glcerinaldehy-3-phosphat
Fructose stw
Unterschied galactose/Glucose?
C4 epimere
Galactose stw
1) UMP Transfer von UDP-glucose über die galactose-1-phosphat uridyltransferase
2) epimerisierung von udp-galactose in udp-glucose über die udp-galactose 4epimerase
Galactose +ATP -> glucose-1-phosphat +ADP + H+
Galactose stw
galactose-1-phosphat uridyltransferase
UMP Transfer von UDP-glucose
Galactose stw
Galactose stw
udp-galactose 4epimerase
epimerisierung von udp-galactose in udp-glucose
Galactose stw
Lactose stw
Lactose +H2O wird über die lactase zu galactose und Glucose gespalten
Lactose stw
Lactase
Spaltet Lactose in galactose und Glucose
Lactose stw
Was sind potentielle kontrollpunkte bei der stoffwechselregulation
Irreversible schritte
Was ist der zentrale Regulator der glycolyse?
Phosphofruktokinase
Committed Step- schrittmachereakt.
Warum nicht hexokinase-> würde noch die glykogensynthese regulieren
Wirkung der Adenylat kinase
Nucleosidmonophosphat kinase:
- bei ATP mangel: Bildung von ATP aus adp, Entstehung von amp
- hohe ATP Konzentrationen: phosphorilyierung von AMP zu ATP
Regulation von glycolyse im muskel
in ruhe ist die Glykolyse inhibiert/ während Bewegung ist die gykolyse stimuliert
Regulation Durch phosphofruktokinase
Niedrige energieladung von AMP -> schnelle PFK Reaktion bei wenig ATP Konzentrationen
Feedforward stimulierung auf Pyruvat kinase
Gluconeogenese
Biosynthese von Glucose aus nicht-kohlenhydratvorstufen
Die irreversiblen Schritte der glycolyse werden durch andere Enzyme katalysiert
Bsp.Quelle: Glycerin
Neue Enzyme in der Gluconeogenese
Pyruvat-Carboxylase und Phosphoenolpyruvat-Carboxykinase (statt PK): neuer schritt über oxalacetat
Fruktose-1,6-Bisphophatase (statt PFK)
Glucose-6-Phosphatase (statt Hexokinase)
Enzyme der Gluconeogenese
> Pyruvat-Carboxylase > Phosphoenolpyruvat-Carboxykinase Enolase Phosphoglycerat-Mutase Glycerin-aldehyd-3-phosphat-dehydro. Triose.phosphat-isomerase aldolase > Fruktose-1,6-Bisphophatase Gucose-6-phosphat-isomerase > Glucose-6-Phosphatase
(Zwischen)Produkte der Gluconeogense
Pyruvat oxalacetat Phosphoenolpyruvat 2-phosphoglycerat 3-phosphoglycerat 1,3-bisphosphoglycerat Glycerinaldehyt-3-phosphatDihydroxyacetonphosphat Fructose-1,6-bisphosphat Fructose-6-phosphat glucose-6-phosphat glucose
Gluconeogense
Pyruvat Carboxylase
1.
ATB-Bindedömane:CO2 Aktivierung
Biotin-BD: CO2-Transferierung auf Pyruvat
Pyruvat + CO2 + ATP + H20 -> Oxalacetat + ADP + P + H+
in Mitochondrien
Pyruvart + HCO2- + ATP -> Oxalacetat + ADP + Pi
Wo wird Pyruvat in Oxalacetat umgewandeltß
Mitochondrien
Wie wird Oxalacetat aus Mitochondrium raus Transportiert und mit was parallel?
als Malat mit e-
Wieso wird das PEP nicht durch die Umkehrung des letzten schrittes Der glykolyse hergestellt?
War ein irreversibler schritt. GGW lag zu weot auf seiten des pyruvats
Gluconeogenese
Wieso wird erst carboxyliert und dann decarboxyliert?
Pyruvat -> Oxalacetat
Oxalacetat-> PEP
Es kann/muss zwei male energie reingesteckt werden
Warum gluceneogenese nicht umkehrung der glycolyse?
Glycolyse umgedreht: GGW_E (endotherme Reaktion)
Glyconeogenese ermöglicht glucoseherstellung aus lactat
Was kostet die gluconeogenese?
Mehr reduktionsäquivalente?
Wieso sollten glycolyse und gluconeogenese nicht gleichzeitig ablaufen?
Schnelle Verfügbarkeit in stresssituation
Wie wirkt sich der energiemangel auf die Regulation der Glykolyse/Glukoneogenese aus?
Gluconeogenese wird gehemmt
Glycolyse wird angekurbelt
Warum gibt es ‘futile Cycles?
= Substratzyklen
20%Erhöhung der enzymaktivität
380% Erhöhung des nettoflusses
+ Verstärkung von stoffwechselsignalen
+ Erzeugung von Wärme durch ATP hydrolyse
worum geht es beim Cori zyklus?
Glucosetransport: wie funktioniert’s?
Beim laufen: Glucose abbau zu lactat über glycolyse
Transport in Muskel
Glucosesyntgese aus lactat über gluconeogenese
Transport aus muskel
Was ist die zentrale transportform für Energie im Blut?
Glucose
PPW
Pentosephosphatweg
Irreversible:
Oxidative Phase
-> Bildung von NADPH
Reversibel,flexibel: Nichtoxidative Phase-> Bildung von D-Ribose
Anpassung an Variable bedürfnisse/ Bedingungen der zelle
Wenig Energie vorhanden: ankurbeln der glycolyse für ‘Schnelle’ energie
Viel Energie vorhanden: ankurbeln der gluconeogenese für Energie reserven
PPW:
oxidative phase
Irreversibel
Herstellung von Ribulose-5-Phosphat
Benötigt zum Aufbau von nukleotiden
Durch Bildung von d-ribose
PPW:
Nichtoxidative phase
Reversibel
Herstellung von substraten für glycolyse
-> Bildung von NADPH
Struktur von glycogen
Mobilisierbare speicherform von Glucose
Sehr großes verzweigtes Polymer
Ein reduzierende , viele nicht reduzierende ende
Vorteile von glycogen
Schnelle Freisetzung von Glucose
Konstant halten des blutzuckerspiegels
Energieumwandlung unter anoxischen Bedingungen
Glykogenabbau in drei Schritten
????1) Bildung von Glucose -1-phosphat über glukogen-phosphorylase
2) umformen des glykogensynthese für den weiteren Abbau
3) reversibel!!umwandeln von Glucose 1-phosphat in glucose-6-phosphat über die glucosephosphat mutase (kann nach Bedarf für glycolyse/PPZ/länge verwendet werden)
Oder
Phosphorylase stoppt vier Reste vor der verzweingung
Transferase: Übertragung eines blocks von drei glucoseeinheiten von einem auf den anderen ast
Alpha-1,6-glucosidase: hydrolysiert alpha-1,6-glycosidische Bindungen-> debranching (entzweigungs) enzym
-> linearer Strang entsteht: glycogenphosphorylase???
Phosphorylase
Spaltung einer Bindung unter Anführung von orthophosphat
Glykogenabbau
Glukogenphosphorylase
Dimer
Pyridoxalphosphat PLP abhäniges enzym
prozessive glycogenbindestelle
Prozessives enzym
Hergestelltes Produkt = neues substrat
Welchen Vorteil könnte in dr nutzung einer phosphorylgruppe als Säure Base Katalysatoren in der glykogen phosphorylase liegen?
Reversibler H+ transfer
Andockgefahr für carbeniumion
PLP Mechanismus der glyglykogenphosphorylase
pyridoxalphosphat (PLP)
Gebundene HPO4^2- Gruppe protoniert
Phosphorylgruppe reprotoniert das phosphation und ein carbeniumion
Entsteht
Kombination des phosphation mit dem carbeniumion und rückübertragung des Proteins
-> Phosphat des PLP wirkt als Säure Base katalysator
Glykogenaufbau
4 enzymatische Schritte
1) Glucose über hexokinase/glucokinase zu glucose-6-phosphat
2) glucose-6-phosphat über glucosephosphat mutase zu glucose-1-phosphat
3) glucose-1-phosphat über UDP-glucose-phosphorylase zu udp-glucose
4) UDP-Glucose über glykogen synthase zu verlängerter glykogenkette
Was sind Vorteile der getrennten Wege für den glykogenauf/Abbau?
Unterschiedliche zwischenmetabolite
Unterschiedliche Regulation
Glykogenaufbau
Wie wirkt sich die Hydrolyse des PPi auf die Bildung der udp-glucose aus? Durch welches enzym?
Macht reversible Reaktion irreversibel, da ein Produkt weggenommen wird
-> verhindert rückreaktion
Pyrophosphatase
PPi
Pyrophosphat
Glykogenaufbau
UDP-glucose-phosphorylase
SF der katalysierte reaktion
Glucose-1-phosphat +UTP UDP-glucose +PPi
PPi + H20 -> 2Pi (durch pyrophosphatase)
Glykogenaufbau
Glykogensynthase
Hängt eine Glucose einheit an das C4 ende des glykogens
wichtigstes regulatorisches enzym des glykogenaufbaus
Was ist das wichtigste regulatorische enzym des glykogenaufbaus?
Glykogensynthase
Glykogenaufbau
Glykogenin
- sich selbst glykosylierendes protein, für die de novo BS wichtig
- wirkt als Primer für den glykogenaufbau:
Glykogenaufbau
(de)Branching enzym
(Amylo-alpha(1,4->1,6)-transglykosylase )
(ent) Verzweigungsenzym
- > verzweigung durch spaltung eines blocks (oft 7Glu Einheiten) und bildung einer alpha-1,4-glykosidischen bindung
Verzweigung erhöht löslichkeit
Was ist das besondere an der Regulation des glykogenmetabolismus?
Sie ist reziprok( wenn Aufbau an, dann Abbau aus und andersherum)
Da auf/Abbau im cytosol
