Kohlenhydrate und Glykolyse Flashcards
Welche biologischen Funktionen haben Kohlenhydrate?
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
Welche Verbindungen gelten als Kohlenhydrate? Wie unterscheiden sich Aldosen von Ketosen?Triosen,Tetrosen etc.?
(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
Welche Arten der Isomerie kommen vor bei Kohlenhydraten?
- 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
Was sind Epimere? Was gilt für Diastereoisomerie mit zunehmender C-Anzahl
- Diastereoismoere Moleküle mit mehreren Chiralitätszentren, die sich nur in einem der asymmetrischen Zentren unterscheiden
- mehr C-Atome-> mehr Diastereoismoerie
Was beschreibt die L und D-Konfiguration bei Kohlenhydraten?
- anhand des C-Atoms, das am weitesten von Carbonylgruppe entfernt ist
- Hydroxylgruppe links->L-Konfiguration
Was gilt für Ketosen im Vergleich zu Aldosen? Was sind wichtige Vertreter der beiden?
- ein asymmetrisches Zentrum weniger bei Ketosen
- Aldosen:Glucose, Mannose, Ribose, Galactose
- Ketosen: Ribulose und Fructose
Wie kommt es zur Ringbildung bei Kohlenhydraten?
-C1Aldehyd + C5-Hydroxyl-> Halbacetal-> Pyrannose(von Pyran)
C2-Ketogruppe + C-5-Hydoxyl-> Halbketal->Furanose(Furan)
Wie unterscheiden sich beta und alpha-Glucose? Wie entstehen sie?
- 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
Was hat es mit der Haworth-Projektion auf sich?
- Kohlenstoffe des Ringsystems nicht explizit dargestellt
- dickere Linien vor Zeichenebene
- dünnere Liniene weiter weg
Welche Konformationen gibt es bei Pyrannoseringen? Was ist ierbei zu beachten?
- 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
Glucose ist ein reduzierender Zucker. Erklären
- Glucose besitzt einige Eigenschaften freier Aldehyde
- kann mit Oxidationsmitteln reagieren-> zu Gluconsäure oxidiert
Was ist eine glykosidische Bindung?
-Bindung zwischen anomeren Kohlenstoff des Monosaccharids und Sauerstoffatom eines Alkools(O-glykosidische Bindung) oder Stickstoffatom eines Amins(N-glykosisdisch)
Welche Eigenschaften eines Zuckers ändern sich durch Phosphorylierung?
- Zucker ist geladen
- nicht memrandurchgängig
- Form der Aktivierung->reaktive Zwischenprodukte
Wie entsteht Maltose?
-Zwei Moleküle der D-Glucose reagieren unter Ausbildung einer α-1,4- glykosidischen Bindung zu Maltose. Zahlreiche Hydroxylgruppen -> viele Verknüpfungsmöglichkeiten
Was sind die häufigsten Disaccharide? Woraus bestehen sie? Wie werden sie abgebaut?
- 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
Welche Homopolymere kommen häufig vor?
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
Was machen Glycosyltransferasen?
- sind spezifisch für zu verbindende Monosaccharide
- Substrat: NDP-aktivierte Monosaccharide
- Übertragung auf Einheit X:
X:Monosaccharide, komplexe Polysaccharide, Ser-/ThrRest eines Proteins
Was ist die Funktion von Glykoproteinen?
- Kohlenhydratstrukturen durch viele mögliche Anordnungen sehr informationsreich
- Zell-Zell-Erkennung
- können von Lectinen erkannt werden->kohlenhydratbindende Proteine
Was ist die Gesamtgleichung der Glykolyse? Wie heißt der Weg? In welche Stufen lässt er sich aufteilen?
- 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
Was macht die Hexokinase? Was ist zu beachten?
- 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
Was macht die Glucose-6-Phosphat-Isomerase?
- Umwandlung Aldose zu Ketose
- zunächst Ringöffnung katalysiert
- intralmolekulare Redoxreaktion
- Ringschluss-> Furanoseform Fructose-6-Phosphat
Was macht die Phosphofructokinase?
- Fructose-6-Phosphat wird an Position 1 phosphoryliert
- Mg2+-abhängie Phosphorylierung-> allosterisches Enzym-> Regulation Glykolyse
Was ist der unterschied zwischen bis und diphosphat?
- bisphosphat-> 2 Phosphate an untersch. Positionen
- diphosphat-> 2 Phosphate miteinander verbunden
Was macht die Aldolase?
- Lyase-> bekannt nach Aldolspaltung
- spaltet F-1,6-BP zu Glycerinaldehyd-3-Phosphat und Dihydroxyacetonphosphat
- 2 C3-Einheiten
Was macht die Triosephosphat-Isomerase?
- Umwandlung von Dihydroxyacetonphosphat in Glycerinaldehyd-3-Phosphat
- extrem schnelle intramolekulare Redoxreaktion
- Aldose-> Ketose
Was ist der Ezymatische Mechanismus der Triosephosphat-Isomerase?
-intramolekulare Redoxreaktion-> Transfer H-Atom auf con C1->C2 über ein Endiol-zwischenprodukt
Welche weiter Funktion hat die Trioseposphat-Isomerase außer der Beschleunigung der Reaktion?
- verhindert Unerwünschte Nebenreaktion: Zerfall Endiolzwischenproduktes zu Methylglyoxal und Orthophosphat
- >stereoelektronische Kontrolle
Was ist das besondere an der Glycerinaldehyd-3-Phosphat-Dehydrogenase?
- 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
Wie funktioniert die Kopplungsreaktion in der Glycerinaldehyd-3-phosphat-Dehydrogenase?
Ergebnis:Kopplung Oxidation an Bildung einer Bindung mit hohem Phosphorylgruppenübertragungspotenzial
Was macht die Phosphoglyceratkinase?
- erste ATP-bildende Reaktion der Glykolyse
- 1,3Bisphosphoglycerat mit hohem PGÜP überträgt Phosphat auf ADP
- Substratkettenphosporylierung
Welche 3 Schritte führen zur Bildung des Pyruvats aus 3-Phosphoglycerat?
Warum hat Phosphoenolpyruvat so ein hohes Phosphorylgruppenübertragungspotential obwohl es ein Ester und kein Anhydrid ist?
- Übertragung Phosphat auf ADP nicht energetisch günstig
- allerdings ohne Phosphatgruppe->Pyruvat(Enolform)
kann zurviel günstigeren Ketoform wechseln->ΔG=-46kj/mol
. Welche beiden Isomerisierungsreaktionen laufen bei der Glykolyse ab? Warum sind diese Schritte nötig?
- 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?
Über welche 3 Wege wird Pyruvat umgeandelt?
- 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
Wie wird Pyruvat zu Alkohol umgewandelt?
- Pyruvat decarboxyliert zu Acetaldehyd über die Pyruvat-Decarboxylase
- Acetaldehyd wird mit NADH zu Ethanol reduziert
Wie funktioniert die Alkoholdehydrogenase?
-aktives Zentrum mit Zink-Ion->bindet Acetaldehyd über dessen Sauerstoffatom->polarisiert es-> Carbonyl-C kann leichter Hydrid-Ion von NADH aufnehmen
Was ist die Gesamtbilanz der alkoholischen Gärung?
-Glucose + 2 H+ + 2 ADP + 2 Pi ->
2 Ethanol + 2 CO2 + 2 ATP + 2 H2O
Wie wird Pyruvat in Lactat umgewandelt? Was ist die Bilanz?
-direkte Regeneration NAD+
Glucose + 2 ADP + 2 Pi à 2 Lactat + 2 ATP + 2 H2O
Wie werden andere Zucker benutzt?
- andere Moleküle als Glucose werden in Glykolyse eingeschleust
- Zubringersoffwechelwege-> werden zu Stoffen umgewandelt, die Intermediate der Glykolyse sind
Über welche Reaktionen wird die Glykolyse reguliert? Welcher ist der Hauptregulationsschritt?
- über die 3 stark exergonen Reaktionen-> Hexokinase, Phosphofructokinase und die Pyruvatkinase
- Haupt: Phosphofructokinase
Warum ist die Phosphofructokinase der Hauptregulationspunkt der Glykolyse und nicht die Hexokinase?
- 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
Wie funktioniert die Regulation der Glykolyse?
- 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
Wie wird die Phosphofructokinase reguliert?
- 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
Warum ist AMP und nicht ADP der positive Regulator der Phsophofructokinase?
- bei schnellem ATP-Verbrauch->
- Adenylat-Kinase: ADP+ADP->ATP+AMP
Was ist die Gluconeogenese? Wofür ist dieser otwendig?
- 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
Inwiefern unterscheiden sich Gluconeogenese und Glykolyse?
- eine neue Zwischenstufe-> Oxalacetat
- einige anders verlaufende Enzymreaktionen-> irreversiblen exergonischen Reaktionen der Glykolyse->Hexokinase,Phosphofructokinase und Pyruvatkinase
Was ist der erste Schritt der Gluconeogenese? Welches Enzym wird benötigt?
- Carboxylierung des Pyruvats zu Oxalacetat unter ATP-Verbrauch->Pyruvat Carboxylase
- Biotin als prosthetische Gruppe-> Carrier aktiviertes CO2
Welche 3 Schritte Carboxylierung Pyruvat
->Oxalacetat?
Regulierung
Bildung von Carboxy-Biotin hängt von der Bindung von Acetyl-CoA an die Pyruvat-Carboxylase ab à Regulation des Citrat-Zyklus
Was lässt sich zum Ort des 1- Schrittes der Gluconeogenese sagen? Welchen Zweck hat dieser?
- 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
Wie wird das Oxalacetat weiterverarbeitet? Wieso erst carboxyliert und dann wieder decarboxyliert?
- 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
Wie wird die Gluconeogenese prinzipiell reguliert? Warum ist dies nötig?
- reziprok zur Glykolyse->beide gleichzeitig-> Hydrolyse 4 NTP
- Glykolyse dominiert, wenn Energie oder Zwischenprodukte der Glykolyse für Biosynthesen benötigt
- Überschuss Energie->Gluconeogenese
An welchen Ortgen und wie werden Glykolyse und Gluconeogenese reziprok reguliert?
- Fructose-6-Phosphat Fructose-1,6-Bisphosphat
- PhosphoenolpyruvatPyruvat
Was versteht man unter Substratzyklen? Welchen Nutzen?
- Ein Reaktionspaar wie Posphorylierung F-6-P zu F-1,6-BP und Hydrolyse zurück
- Verstärkung Stoffwechselsignale
Was versteht man unter dem Cori-Zyklus?
- starke Anstrenugung Muskelzellen->Glykolyse->Phosphorylierungsäquivalente Muskelkontraktion
- Pyruvat Lactat->Lactat in Leber->Pyruvat->Gluconeogenese->Glucose
Was wird beim Pentosephosphatweg gebildet?
- NADPH für anabole Stoffwechselwege
- Ribose-5-phosphat für Nukleotidsynthese
Was geschieht während der oxidativen Phase des Pentosephosphatweges?
- 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
Was passiert während der nichtoxidativen Phase des Pentosephosphatweges?
- Ketose Ribulose-5-Phosphat wird über Endiol-Intermediat zu Aldose Ribose-6-Phosphat
- >weitere Umwandlung über Transketolasen und Transaldolasen-> flexible Umwandlung
Was ist Glykogen und wie ist es aufgebaut? Welche Vorteile gegenüber Triacylglycerinen?
- 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
Welche 3 Schritte Glykogenabbau?
- Bildung Glucose-1-Phosphat
- Umformung Glykogens für weiteren Abbau
- Umwandlung Glucose-1-Phoshat in Glucose-6-Phosphat
- >Pentosephosphatweg,Glykolyse oder in Leber zur verwendung anderer Gewebe
Wofür ist die Verzweigung des Glykogens wichtig?
- so ist dichte Packung möglich
- viele Enden->viele Stellen für Abbau
Über welche enzymatische Reaktion wird Glykogena bgeaut? Welche weiteren Enzyme sind nötig
- 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
Cofaktor der Glykogenphosphorylase? Wieso stoppt es 4 Reste vor Verzweigung?
- Pyridoxalphosphat als Cofaktor
- verzweigtes Polymer kann im prozessiven Enzym nicht weiterrücken
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Wie funktioniert die Glucosephosphatmutase?
- katalytisches Zentrum mit Phosphorylierten Serinrest-> Übertragung auf C-6 Hydroxylgruppe Glucose-1-Phosphat-> Glucose-1,6-Bisphosphat
- >C-1 Phosphat auf Serinrest
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Wie funktioniert der Glykogenaufbau? Welche Rolle spielt Pyrophosophat
- 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
Inwiefern wird Glykogenaufbau über Glykogensynthase reguliert?
- über eine Proteinkinase wird es Phosphoryliert-> inaktiv->Proteinkinase aktiviert durch Glucagon-> Blutzucker steigt
- über Phsophatase dephosphoryliert->voll aktiv-> reguliert über Insulin-> Blutzuckersenkend
Was macht Glykogenin?
- Primer für Glykogenaufbau
- Glykogenin – ein sich selbst glykosylierendes Protein ist für die de novo Biosynthese notwendig
reziproke Regulation Glykogenetabolismus über Glucose?
