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Biochemie Leonardo > Kohlenhydrate und Glykolyse > Flashcards

Kohlenhydrate und Glykolyse Flashcards

1
Q

Welche biologischen Funktionen haben Kohlenhydrate?

A

1.) Energiespeicher, Brennstoffe und Metaboliten 2.) Bestandteil der RNA und DNA (Ribose, Desoxyribose) 3.) Strukturelemente der Zellwände von Bakterien und Pflanzen 4.) Bestandteil von Proteinen und Lipiden -> z.B. Zell-Zell Erkennung

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2
Q

Welche Verbindungen gelten als Kohlenhydrate? Wie unterscheiden sich Aldosen von Ketosen?Triosen,Tetrosen etc.?

A

(C-H2O)n n≥3

  • außerdem Aldehyde oder Ketone mit ein oder zwei oder mehr Hydroxylgruppen
  • Aldosen->Aldehydgruppe
  • Ketosen->Ketogruppe
  • Bennenung anhand Kohlenstoffatome->Triose->3 Kohlenstoffatome
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3
Q

Welche Arten der Isomerie kommen vor bei Kohlenhydraten?

A
  • Isomere
    1. Konstitutionsismomere-> Kohlehydrate in untersch. Reihenfolge verknüpft
    2. Stereoisomere->Atome in gleicher Reihenfolge aber unterschiedliche räumliche Anordnung:
    a) Enantiomere->nicht übereinanderlegbare Spiegelbilder
    b) Diastereoisomere->nicht spiegelbildliche Isomere
  • >Anomere,Epimere
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4
Q
A
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5
Q

Was sind Epimere? Was gilt für Diastereoisomerie mit zunehmender C-Anzahl

A
  • Diastereoismoere Moleküle mit mehreren Chiralitätszentren, die sich nur in einem der asymmetrischen Zentren unterscheiden
  • mehr C-Atome-> mehr Diastereoismoerie
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6
Q

Was beschreibt die L und D-Konfiguration bei Kohlenhydraten?

A
  • anhand des C-Atoms, das am weitesten von Carbonylgruppe entfernt ist
  • Hydroxylgruppe links->L-Konfiguration
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7
Q

Was gilt für Ketosen im Vergleich zu Aldosen? Was sind wichtige Vertreter der beiden?

A
  • ein asymmetrisches Zentrum weniger bei Ketosen
  • Aldosen:Glucose, Mannose, Ribose, Galactose
  • Ketosen: Ribulose und Fructose
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8
Q

Wie kommt es zur Ringbildung bei Kohlenhydraten?

A

-C1Aldehyd + C5-Hydroxyl-> Halbacetal-> Pyrannose(von Pyran)

C2-Ketogruppe + C-5-Hydoxyl-> Halbketal->Furanose(Furan)

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9
Q

Wie unterscheiden sich beta und alpha-Glucose? Wie entstehen sie?

A
  • Hydroxylgruppe greift nucleophil Carbonylkohlenstoff an -> prochirales Zentrum
  • Carbonyl in sp2-Hybridisierung->Hydroxyl kann von oben oder unten angreifen-> prochiral->chiral
  • alpha->OH auf gegenüberliegender Seite C6-Atom
  • beta->OH auf gleicher Seite
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10
Q

Was hat es mit der Haworth-Projektion auf sich?

A
  • Kohlenstoffe des Ringsystems nicht explizit dargestellt
  • dickere Linien vor Zeichenebene
  • dünnere Liniene weiter weg
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11
Q

Welche Konformationen gibt es bei Pyrannoseringen? Was ist ierbei zu beachten?

A
  • Sessel und Wannenkonformation
  • axiale und equatoriale SUbstituenten-> a und e
  • axial->Senkrecht zu Ebene-> hier kommt es schnell zu sterischen Behinderungen
  • equatorial->parallel->mehr Platz
  • β-D-Glykopyranose günstiger in Sesselkonformation, da alle axialen Substituenten Wasserstoff
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12
Q

Glucose ist ein reduzierender Zucker. Erklären

A
  • Glucose besitzt einige Eigenschaften freier Aldehyde
  • kann mit Oxidationsmitteln reagieren-> zu Gluconsäure oxidiert
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13
Q

Was ist eine glykosidische Bindung?

A

-Bindung zwischen anomeren Kohlenstoff des Monosaccharids und Sauerstoffatom eines Alkools(O-glykosidische Bindung) oder Stickstoffatom eines Amins(N-glykosisdisch)

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14
Q

Welche Eigenschaften eines Zuckers ändern sich durch Phosphorylierung?

A
  • Zucker ist geladen
  • nicht memrandurchgängig
  • Form der Aktivierung->reaktive Zwischenprodukte
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15
Q

Wie entsteht Maltose?

A

-Zwei Moleküle der D-Glucose reagieren unter Ausbildung einer α-1,4- glykosidischen Bindung zu Maltose. Zahlreiche Hydroxylgruppen -> viele Verknüpfungsmöglichkeiten

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16
Q

Was sind die häufigsten Disaccharide? Woraus bestehen sie? Wie werden sie abgebaut?

A
  • Disaccharid->2 Kohlenhydrate über O-glykosidische Verbindung
  • Saccharose:Glucose und Fructose, Saccharase
  • Lactose: Galactose und Glucose, Lactase oder beta-galactosidase
  • Maltose: 2 mal Glucose, Maltase
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17
Q

Welche Homopolymere kommen häufig vor?

A

A)Energiespeicherung (α-glykosidisch):

  • Glykogen->Speicherform Glucose in Tieren
  • Stärke->in Pflanzen-> zwei Formen: Amylose und Amylopektin->Amylase(Speichel und Pankreas)
  • Cellulose-> Strukturbildendes

B)Strukturbildner (β-glykosidisch)

  • Cellulose:unverzweigtes Polymer aus Glucoseeinheiten->parallel angeordnete Fibrillen
  • Chitin: N-Acetylglucosamin
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18
Q

Was machen Glycosyltransferasen?

A
  • sind spezifisch für zu verbindende Monosaccharide
  • Substrat: NDP-aktivierte Monosaccharide
  • Übertragung auf Einheit X:

X:Monosaccharide, komplexe Polysaccharide, Ser-/ThrRest eines Proteins

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19
Q

Was ist die Funktion von Glykoproteinen?

A
  • Kohlenhydratstrukturen durch viele mögliche Anordnungen sehr informationsreich
  • Zell-Zell-Erkennung
  • können von Lectinen erkannt werden->kohlenhydratbindende Proteine
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20
Q
A
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21
Q

Was ist die Gesamtgleichung der Glykolyse? Wie heißt der Weg? In welche Stufen lässt er sich aufteilen?

A
  • C6H12O6+2NAD++2ADP+Pi->2C3H4O3+2NADH+2H++2ATP+2H2O
  • Embden-Meyerhof-Parnas-Weg

Stufe 1: Bildung Fructose-1,6-Bisphosphat + verbraucht 2 ATP

Stufe 2: Spaltung 1 Mol F-1,6-BP in 2mol Glycerinaldehyd-3-Phosphat(GAP)

Stufe 3: 2mol Gap->2 ol Pyruvat und 4 ATP(Energiegewinn)

1mol Glucose-> 2 mol Pyruvat+ 2mol ATP und 2 mol NADH

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22
Q

Was macht die Hexokinase? Was ist zu beachten?

A
  • phosphoryliert Glucose zu Glucose-6-Phosphat
  • ist durch negative Ladung Phosphorylgruppe negativ geladen und ist in Zelle eingefangen
  • ist von M2+ (z.b. Mg) abhängig
  • induced Fit->verengung Spalte unter Wasserausschluss-> Wasser als Pi-Akzeptor ausgeschlossen
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23
Q

Was macht die Glucose-6-Phosphat-Isomerase?

A
  • Umwandlung Aldose zu Ketose
  • zunächst Ringöffnung katalysiert
  • intralmolekulare Redoxreaktion
  • Ringschluss-> Furanoseform Fructose-6-Phosphat
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24
Q

Was macht die Phosphofructokinase?

A
  • Fructose-6-Phosphat wird an Position 1 phosphoryliert
    1. Mg2+-abhängie Phosphorylierung-> allosterisches Enzym-> Regulation Glykolyse
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25
Q

Was ist der unterschied zwischen bis und diphosphat?

A
  • bisphosphat-> 2 Phosphate an untersch. Positionen
  • diphosphat-> 2 Phosphate miteinander verbunden
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26
Q

Was macht die Aldolase?

A
  • Lyase-> bekannt nach Aldolspaltung
  • spaltet F-1,6-BP zu Glycerinaldehyd-3-Phosphat und Dihydroxyacetonphosphat
  • 2 C3-Einheiten
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27
Q

Was macht die Triosephosphat-Isomerase?

A
  • Umwandlung von Dihydroxyacetonphosphat in Glycerinaldehyd-3-Phosphat
  • extrem schnelle intramolekulare Redoxreaktion
  • Aldose-> Ketose
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28
Q

Was ist der Ezymatische Mechanismus der Triosephosphat-Isomerase?

A

-intramolekulare Redoxreaktion-> Transfer H-Atom auf con C1->C2 über ein Endiol-zwischenprodukt

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29
Q

Welche weiter Funktion hat die Trioseposphat-Isomerase außer der Beschleunigung der Reaktion?

A
  • verhindert Unerwünschte Nebenreaktion: Zerfall Endiolzwischenproduktes zu Methylglyoxal und Orthophosphat
  • >stereoelektronische Kontrolle
30
Q

Was ist das besondere an der Glycerinaldehyd-3-Phosphat-Dehydrogenase?

A
  • GAP wird mit NAD+ oxidiert und gleichzeitig phosphoryliert zu 1,3 Bisphosphoglycerat
  • Kopplung Oxidation an Phosphorylierung-> Energiegewinn
  • Oxidation Aldehyds zu Carbonsäure sehr günstig

ΔG=-50kj/mol

  • allerdings Bildung des Acylphosphats sehr ungünstig->benötigt sehr hohe Aktivierungsenergie
  • >können nicht hintereinander ablaufen ->Kopplungsprozess
31
Q

Wie funktioniert die Kopplungsreaktion in der Glycerinaldehyd-3-phosphat-Dehydrogenase?

A

Ergebnis:Kopplung Oxidation an Bildung einer Bindung mit hohem Phosphorylgruppenübertragungspotenzial

32
Q

Was macht die Phosphoglyceratkinase?

A
  • erste ATP-bildende Reaktion der Glykolyse
  • 1,3Bisphosphoglycerat mit hohem PGÜP überträgt Phosphat auf ADP
  • Substratkettenphosporylierung
33
Q
A
34
Q

Welche 3 Schritte führen zur Bildung des Pyruvats aus 3-Phosphoglycerat?

A
35
Q

Warum hat Phosphoenolpyruvat so ein hohes Phosphorylgruppenübertragungspotential obwohl es ein Ester und kein Anhydrid ist?

A
  • Übertragung Phosphat auf ADP nicht energetisch günstig
  • allerdings ohne Phosphatgruppe->Pyruvat(Enolform)

kann zurviel günstigeren Ketoform wechseln->ΔG=-46kj/mol

36
Q

. Welche beiden Isomerisierungsreaktionen laufen bei der Glykolyse ab? Warum sind diese Schritte nötig?

A
  • Glucose-6-Phosphat-Isomerase->Glucose-6-Phsophat zu Fructose-6-Phosohat
  • >bei F-6-P Carbonylgruppe von Position 1 auf 2 verschoben->Spaltung zwischen α-C und β-Hydroxy-Keton->bei G-6-P-> C2 und C4-Einheit-> keine ineinander Umwandlung möglich
  • Phosphoglycerat-Mutase->Phosphat von C3 zu C2

Grund?

37
Q

Über welche 3 Wege wird Pyruvat umgeandelt?

A
  • 2 Arten Gärungen-> organische Verbindungen sowohl Elektronenakzeptoren, als auch Donatoren
  • >Lactat und Ethanol
  • in Anweseheit von Sauerstoff:Citratzyklus und Elektronentransportkette mit Sauerstoff als terminalen Elektronenakzeptor zu CO2 und H2O
38
Q

Wie wird Pyruvat zu Alkohol umgewandelt?

A
  • Pyruvat decarboxyliert zu Acetaldehyd über die Pyruvat-Decarboxylase
  • Acetaldehyd wird mit NADH zu Ethanol reduziert
39
Q

Wie funktioniert die Alkoholdehydrogenase?

A

-aktives Zentrum mit Zink-Ion->bindet Acetaldehyd über dessen Sauerstoffatom->polarisiert es-> Carbonyl-C kann leichter Hydrid-Ion von NADH aufnehmen

40
Q

Was ist die Gesamtbilanz der alkoholischen Gärung?

A

-Glucose + 2 H+ + 2 ADP + 2 Pi ->

2 Ethanol + 2 CO2 + 2 ATP + 2 H2O

41
Q

Wie wird Pyruvat in Lactat umgewandelt? Was ist die Bilanz?

A

-direkte Regeneration NAD+

Glucose + 2 ADP + 2 Pi à 2 Lactat + 2 ATP + 2 H2O

42
Q

Wie werden andere Zucker benutzt?

A
  • andere Moleküle als Glucose werden in Glykolyse eingeschleust
  • Zubringersoffwechelwege-> werden zu Stoffen umgewandelt, die Intermediate der Glykolyse sind
43
Q

Über welche Reaktionen wird die Glykolyse reguliert? Welcher ist der Hauptregulationsschritt?

A
  • über die 3 stark exergonen Reaktionen-> Hexokinase, Phosphofructokinase und die Pyruvatkinase
  • Haupt: Phosphofructokinase
44
Q

Warum ist die Phosphofructokinase der Hauptregulationspunkt der Glykolyse und nicht die Hexokinase?

A
  • Glykogenaufbau für den G-6-P genutzt wird
  • außerdem führt Phosphofructokinaseinhibition zu einer Fructose-6-Phosphat Akkumulation-> mit Glucose-6-Phosphat im Gleichgewicht-> negative feedack Hemmung Hexokinase
45
Q

Wie funktioniert die Regulation der Glykolyse?

A
  • bei Muskel in Ruhe:
  • Glykolyse inhibiert
  • es kommt zur Akkumulation von G-6-P
  • bei hoher Energieladung wird Phosphofructokinase allosterisch gehemmt durch ATP
  • Muskel in Bewegung:
  • niedrige Energieladung-> Phosphofructokinase wird stimuliert und Fructose-1,6-Bisphosphat stimuliert Pyruvat-kinase
46
Q
A
47
Q

Wie wird die Phosphofructokinase reguliert?

A
  • Hemmung:
  • ATP->allsoterische Regulation-> Abweichung MM-Kinetik->sigmoidale Kurve->hohe Energieladung
  • H+-> bei Lactatbildung säuert Muskel an
  • Citrat
  • Stimulation:
  • AMP->niedrige Energieladung
  • F-2,6-Bisphosphat
48
Q

Warum ist AMP und nicht ADP der positive Regulator der Phsophofructokinase?

A
  • bei schnellem ATP-Verbrauch->
  • Adenylat-Kinase: ADP+ADP->ATP+AMP
49
Q

Was ist die Gluconeogenese? Wofür ist dieser otwendig?

A
  • Glucosesynthese aus Molekülen, die nicht zu den Kohlenhydraten gehören
  • Moleküle werden zuerst in Pyruvat umgewandelt oder spätere Zwischenstufen(Oxalacet, Dihydroxyacetonphosphat)
  • typische Moleküle: Lactat,Aminosäuren,Glycerin
  • Gehirn ist im hohen Maße Glucoseabhängig->120g
  • v.a. in Hungerperioden ein wichtiger Stoffwechselweg
50
Q
A
51
Q

Inwiefern unterscheiden sich Gluconeogenese und Glykolyse?

A
  • eine neue Zwischenstufe-> Oxalacetat
  • einige anders verlaufende Enzymreaktionen-> irreversiblen exergonischen Reaktionen der Glykolyse->Hexokinase,Phosphofructokinase und Pyruvatkinase
52
Q

Was ist der erste Schritt der Gluconeogenese? Welches Enzym wird benötigt?

A
  • Carboxylierung des Pyruvats zu Oxalacetat unter ATP-Verbrauch->Pyruvat Carboxylase
  • Biotin als prosthetische Gruppe-> Carrier aktiviertes CO2
53
Q

Welche 3 Schritte Carboxylierung Pyruvat

->Oxalacetat?

Regulierung

A

Bildung von Carboxy-Biotin hängt von der Bindung von Acetyl-CoA an die Pyruvat-Carboxylase ab à Regulation des Citrat-Zyklus

54
Q

Was lässt sich zum Ort des 1- Schrittes der Gluconeogenese sagen? Welchen Zweck hat dieser?

A
  • findet in Mitochondrien statt, aber Glykolyse und restliche Gluconeogenese im Cytosol
  • Oxalacetat wird erst mit NADH zu Malat reduziert, dann ins Cytosol transportiert und daraufhin wieder von NAD+ oxidiert-> es entsteht ieder NADH
  • dadurch wird auch NADH transportiert, das in späteren Schritten der Gluconeogenese benötigt wird
55
Q

Wie wird das Oxalacetat weiterverarbeitet? Wieso erst carboxyliert und dann wieder decarboxyliert?

A
  • die Phosphoenolpyruvat-Carboxykinase decarboxyliert und phosphoryliert es gleichzeitig zu Phosphoenolpyruvat
  • Phosphorylgruppendonator->GTP
    2. Phosporylgruppenübertragungspotential von Phosphoenolpyruvat zu hoch
  • Carboxylierung Pyruvat->Teil des ATPs in Oxalacetat gespeichert->zusätzlich GTP-> zusammen ist Schritt thermodynamisch günstig
  • >in Summe 2 Phosphorylierungsäquivalente
56
Q

Wie wird die Gluconeogenese prinzipiell reguliert? Warum ist dies nötig?

A
  • reziprok zur Glykolyse->beide gleichzeitig-> Hydrolyse 4 NTP
  • Glykolyse dominiert, wenn Energie oder Zwischenprodukte der Glykolyse für Biosynthesen benötigt
  • Überschuss Energie->Gluconeogenese
57
Q

An welchen Ortgen und wie werden Glykolyse und Gluconeogenese reziprok reguliert?

A
  1. Fructose-6-Phosphat Fructose-1,6-Bisphosphat
  2. PhosphoenolpyruvatPyruvat
58
Q

Was versteht man unter Substratzyklen? Welchen Nutzen?

A
  • Ein Reaktionspaar wie Posphorylierung F-6-P zu F-1,6-BP und Hydrolyse zurück
  • Verstärkung Stoffwechselsignale
59
Q

Was versteht man unter dem Cori-Zyklus?

A
  • starke Anstrenugung Muskelzellen->Glykolyse->Phosphorylierungsäquivalente Muskelkontraktion
  • Pyruvat Lactat->Lactat in Leber->Pyruvat->Gluconeogenese->Glucose
60
Q

Was wird beim Pentosephosphatweg gebildet?

A
  • NADPH für anabole Stoffwechselwege
  • Ribose-5-phosphat für Nukleotidsynthese
61
Q

Was geschieht während der oxidativen Phase des Pentosephosphatweges?

A
  • Glucose-Phosphat Halbacetal oxidiert zu Carbonsäure in zyklischen Ester: Phosphoglucono-lacton->NADPH
  • Lacton(zyklischer Ester) hydrolysiert zum offenkettigen Gluconat-6-Phosphat und dann decarboxyliert->NADPH
  • >C6->C5 ->Ribulose-5-Phosphat
62
Q

Was passiert während der nichtoxidativen Phase des Pentosephosphatweges?

A
  • Ketose Ribulose-5-Phosphat wird über Endiol-Intermediat zu Aldose Ribose-6-Phosphat
  • >weitere Umwandlung über Transketolasen und Transaldolasen-> flexible Umwandlung
63
Q

Was ist Glykogen und wie ist es aufgebaut? Welche Vorteile gegenüber Triacylglycerinen?

A
  • großes verzweigtes Homopolymer der Glukocose
  • mobilisierbare Speicherform der Glucose->in Skelettmuskel und Leber
  • über α-1,6-Glykosidische Verbindungen und α-1,4-Glykosidischen Verbindungen(Verzweigung)
  • viele nicht reduzierende Enden und ein reduzierendes Ende an Glykogenin

Vorteile:

  • schnelle Freisetzung Glucose->schnellere Energiebereitstellung
  • erlaubt Konsanthaltung Blutglucosespiegels->Puffer Auf und Abbau
  • lifert unter anoxischen Bedingungen Energie->Fettsäuren nur über Citratzyklus
64
Q

Welche 3 Schritte Glykogenabbau?

A
  1. Bildung Glucose-1-Phosphat
  2. Umformung Glykogens für weiteren Abbau
  3. Umwandlung Glucose-1-Phoshat in Glucose-6-Phosphat
    - >Pentosephosphatweg,Glykolyse oder in Leber zur verwendung anderer Gewebe
65
Q

Wofür ist die Verzweigung des Glykogens wichtig?

A
  • so ist dichte Packung möglich
  • viele Enden->viele Stellen für Abbau
66
Q

Über welche enzymatische Reaktion wird Glykogena bgeaut? Welche weiteren Enzyme sind nötig

A
  • an nicht reduzierenden Enden
  • Phosphorylase->Phosphorolyse->Pi, das spaltend wirkt(kein ATP)->Glucose-6-Phosphat wird frei

weiter:

  • Phosphorylase stoppt 4 Reste vor jeder Verzweigung an α-1,4-glykosidischen Ast
  • >Transferase: 3 reste vor Verzweigung transferiert an α-1,4-glykosidischen Ast
  • α-1,6-Glykosidase ->hydrolysiert α-1,6-gykosidische Bindun
67
Q

Cofaktor der Glykogenphosphorylase? Wieso stoppt es 4 Reste vor Verzweigung?

A
  • Pyridoxalphosphat als Cofaktor
  • verzweigtes Polymer kann im prozessiven Enzym nicht weiterrücken

-

68
Q

Wie funktioniert die Glucosephosphatmutase?

A
  • katalytisches Zentrum mit Phosphorylierten Serinrest-> Übertragung auf C-6 Hydroxylgruppe Glucose-1-Phosphat-> Glucose-1,6-Bisphosphat
  • >C-1 Phosphat auf Serinrest

-

69
Q

Wie funktioniert der Glykogenaufbau? Welche Rolle spielt Pyrophosophat

A
  • Glucose->Glucose-6-Phosphat-> Glucose-1-Phosphat
  • Glucose-1-Phosphat wird mit UDP-Glucose-Pyrophosphorylase zu UDP-Glucose(aktivierte Glucsose)+Pyrophospat
  • > Pyrophosphat wird von Pyrophosphatase gespalten-> Reaktion wird irreversibel->sofortige Umsetzung Produkts
  • Gykogensynthase hängt Glucose unter Abspaltung von UDP angehangen
70
Q

Inwiefern wird Glykogenaufbau über Glykogensynthase reguliert?

A
  • über eine Proteinkinase wird es Phosphoryliert-> inaktiv->Proteinkinase aktiviert durch Glucagon-> Blutzucker steigt
  • über Phsophatase dephosphoryliert->voll aktiv-> reguliert über Insulin-> Blutzuckersenkend
71
Q

Was macht Glykogenin?

A
  • Primer für Glykogenaufbau
  • Glykogenin – ein sich selbst glykosylierendes Protein ist für die de novo Biosynthese notwendig
72
Q

reziproke Regulation Glykogenetabolismus über Glucose?

A

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