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MiBi MAP > VL 4: Stoffwechsel II > Flashcards

VL 4: Stoffwechsel II Flashcards

1
Q

Entner-Douderoff-Weg (KDPG-Weg) Reaktionsschritte

A
  1. Glucose-6-P wird zu 6-Phosphogluconat dehydrogeniert
  2. Bildung von KDPG durch Abspaltung von H2O (=2-Keto-3-desoxy-6-phosphogluconat = charakterisisches Zwischenprodukt)
  3. KDPG wird durch Aldolase zu Pyruvat und GAP gespalten
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2
Q

KDPG-Weg

A
  • Ausschließlich bei Bakterien (modifiziert bei Archaen)
  • Transport von Glucose über ein H+ Symportsystem (PEP kann für Anabolismus verwendet werden)
  • erhebliche Anzahl von Bakterien besitzt nicht die vollständige Ausstattung der Enzyle für den klassischen EMP-Weg der Glykolyse
  • nur 1 ATP vs. 2 ATP bei EMO
  • Bilanz
    • 2 Pyruvat
    • 1 ATO
    • 2 NADH + H+
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3
Q

Pentosephosphat-Weg zur vollständigen Oxidation von Glucose

Reaktionsschritte

A
  • Glucose-kinase-Reaktion
    • als erster Schritt
    • wie inder Glykolyse
  • Umwandlung Hexose in Pentose
    • wird als Bustein für Biosynthese von Nukleinsäuren und Co-Enzymen benötigt
  • Bildung von 2 NADPH
    • Oxidation von Glu-6-P durch 2 Dehydrogenierungsschritte zu Ribulose-5-P
  • Zyklischer Prozess
    • 3-Pentose-Phosphat werden in 2 Fluctose-6-P und ein GAP umgewandelt
    • Durch Isomerisierung von F6P zu G6P und Kondensation von 2 Triosephosphaten zu einem Hexosephosphat schließt sich der oxidatidative Pentosephosphatweg
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4
Q

Pentose-Phosphat-Weg

A
  • Bilanz
    • 1 Pyruvat
    • 1 ATP
    • 6 NADPH
    • 1 NADH
    • 3 CO2
  • Nebenweg für die Bereitstellung von wichtigen Ausgangssubstanzen (Pentosephosphate, GAP und Reduktionsäquivalente (NADPH) für Syntheseprozesse
  • in Bakterien mit unvollständigen Citratzyklus auch zur vollständigen Oxidation von Glucose zu CO2 (d.h. Energiegewinnung)
  • Umwandlung der Zucker ineinander ist reversibel
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5
Q

Wichtigste Glucose-Abbauwege bei Prokaryoten

A

*

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6
Q

Pyruvat als zentrale Schlüsselverbindung des Energiestoffwechsels

A
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7
Q

Aerober Stoffwechsel

A
  • sökjf
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8
Q

Bildung von Acetyl-CoA

A
  • oxidative Decarboxylierung
    • Pyruvat wird zu Acetyl-CoEnzym A oxidiert
    • irreversibel
  • Acetyl-CoA ist ein aktivierter Essigsäurerest
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9
Q

Tricarbonsäure (Zitrat) Zyklus

A
  • Gewinnung von Energie (GTP) und Reduktionsmittel (NADH, FADH2) durch Abbau von Acetyl-CoA im Citratzyklus
  • bei diesen Vorgängen wird der Acetylrestdes Acetyl-CoA schrittweise zu CO2 und Wasser abgebaut
  • Die im Citratzyklus gewonnenen Coenzyme (NAD+ und FAD) gebundenen Elektronen werden der Atmungskette zugeführt und auf den terminalen E-Akzeptor O2 übertragen
  • Die dabei frei-werdende Energie wird genutzt um ATP zu bilden
  • Der Zitratzyklus dient außerdem als Lieferant verschiedener Vorläufermoleküle für den Anabolismus
  • Bspw. können alpha-Ketosäuren in dem Zyklus entnommen werden, um daraus AS oder andere Stoffe zu bilden
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10
Q

Zitratzyklus - Reaktionsschritte

A
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11
Q

Bilanz der Glucose-Oxidation zu O2

A
  • der überwiegende Anteil der freien Energie der Glucose-Oxidation (deltaG0’ = -2870 kJ/mol) befindet sich noch in den Reduktionsäquivalenten
  • Die Regenerierung der Coenzyme NAD+ und FAD durch Reoxidation der Reduktionsäquivalente NADH und FADH2 in Elektronentransportketten ist mit Energiegewinn verbunden
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12
Q

Chemiosmotische Kopplung

A
  • ATP wird hauptsächlich durch die Oxidation von NADH regeneriert
  • elektrochemisches Potential an der Mitochondrien-Membran (über diee Cytoplasmamembran von Bakterien)
  • außen höhere Konzentration von H+ Ionen als innen = Protonengradient
  • NADH-Oxidation in einer ETK = nach außen gerichtete Protonenpumpe
  • Protonentranslokation produziert eine Proton Motive Force deltaP (PMF)
  • Elektronenransportphosphorylierung = ETK liefert die Energie für die Phosphorylierung von ADP zu ATP
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13
Q

Atmungskette

A
  • Spezialfall einer ETK = aus einer Reihe hintereinander geschalteter Redox-Moleküle, die in der Lage sind, Elektronen aufzunehmen bzw. abzugeben
  • Über diese Kette werden Elektronen von höheren Energieniveaus auf niedrigere weitergegeben
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14
Q

Komplexe der Atmungskette

A
  • Komplex I
    • NADH: Ubichinon-Oxidoreduktase oder NADH-Dehydrogenase
    • reduziert Ubichinon mittels NADH, vor allem aus dem Citratzyklus
  • Komplex II
    • Succinat: Ubichinon-Oxidoreduktase oder Succinat-DH (aus dem CZ)
    • Succinat wird zu Fumarat oxidiert und Reduktion von Ubichinon
  • Komplex III
    • Ubihydrochinon (Ubichinol): Cytochrom c-Oxidoreduktase oder Cytochrom-c-Reduktase
  • Komplex IV
    • Cytochrom c: O2-Oxidoreduktase oder Cytochrom-c-Oxidase
    • Cytochrom c wird oxidiert und Sauerstoff zu Wasser reduziert
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15
Q

Vergleich bakterieller und mitochondrieller ETK

A

oxidase-positive vs. Oxidase-negative Bakterien

  • viele Bakterien haben kein Cytochrom c
  • oxidieren das reduzierte Ubichnol direkt mit Hilfe anderer Andoxidasen (Chinol-Oxidasen)
  • ähnelt Cytochrom c-Oxidase und enthalten im aktiven Zentrum eine Häm-Gruppe und ein Kupfer-Ion
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16
Q

ATP Synthase F1F0

A

Rotor nutzt Protonengradient

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17
Q

ATP Synthese/Hydrolyse (F1)

A

3 Schritte

  • 3 ATP Hydrolyse für 1 Rotation
  • ab-UE 3 verschiedene Konformationen
    • loose, tight, open
  • gamma-UE bewirkt Konformationsänderung
18
Q

ATP-Synthese im F1(alphabeta)3-Komplex

A

Die Drehung des Rotors um 360° liefert in drei Schritten drei Moleküle ATP

19
Q

Rotation durch pmf (F0)

A

Protonierung des Asp61 der c-UE

  • 10 c-UE im E.coli F0-Rotor
  • im Ruhezustand sind alle Asp61 (mit Ausnahme eines Asp61) proponiert
  • poositiv-geladener Arg-Rest der a-UE wird durch ionische WW neutralisiert
  • Proton wird ins Cytoplasma entlassen
  • deprotonierter Asp 61 des gegenüberliegenden cPeptids führt zur Konformationsänderung
  • Rotation des c-Rings um 36°
  • unterschiedliche Anzahl an F0-c Peptide
20
Q

ATP-Ausbeute bei E. coli

21
Q

Protonenmotorische Kraft

22
Q

Konsequenzen des Lebens in Gegenwart von Sauerstoff

23
Q

Schutzmechanismen vor toxische Sauerstoffbindungen

24
Q

Anaerober Stoffwechsel

A

Respiration ohne Sauerstoff

25
Q

Gärung

A
  • In Abwesenheit von externen Elektronenakzeptoren, daher keine E-Transportkette
  • Ausscheidung noch relativ energiereicher, reduzierter Endprodukte, z..
    • organische Säuren und/oder Ethanol
    • daneben Freisetzung von CO2 und H2
  • unvollständiger Abbau von Zuckern unter anaeroben Bedingungen
  • Vermeidung von Bildung von Reduktionsäquivalenten (NADH, FADH2)
26
Q

Verlauf der Gärungen und Entstehung der wichtigsten Gärprodukte

27
Q

Alkoholische Gärung

A
  • Abbau von Glucse unter anaeroben Bedingungen zu Ethanol
  • Energiegewinnung 2 ATP aus Glykolyse
  • Regeneration des Cofaktors NAD+
28
Q

(!) Mikrobielle Fortbewegungsmechanismen

29
Q

Schwimmverhalten E. coli

30
Q

Random Walk + Detektion eines Gradienten

A
  • zeitlicher Gradient (~3 s Gedächtnis)
  • Hohe Sensitivität (~0,1% dC/C)
  • Große Dynamikumfang (5-6 logs)
  • Integration mehrerer Stimuli
31
Q

Chemotaxis

32
Q

Voraussetzung für Motilität

A
  • Nase -> Chemorezeptoren
  • Gehirn -> Signaltransduktionskaskade
  • Beine -> Flagellen
33
Q

Chemorezeptoren

A
  • Homodimer funktionelle Einheit
  • ausschließlich helikal
  • 4 Subdomänen pro Dimer
  • ternärer Komplex mit CheA+CheW
  • 5 Glutamatreste zur Methylierung/Demethylierung durch CheR+CheB
  • Methyl-accepting chemotaxis protein (MCP)
34
Q

Fluoreszenzmarkierung der Chemorezeptoren

A
  • Fluoreszenzmarkierung der Chemorezeptoren
  • hauptsächlich an den Zellpolen
  • CZ hauptsächlich an Zellpolen
    *
35
Q

Chemorezeptoren - Trimer aus Dimere

A
  • laterale Signalverstärkung
  • Kompartiment zwischen
    • Membran und Signalkomplex für CheR/CheB
36
Q

E. coli Chemotaxis

37
Q

Zweikomponentensysteme

A
  • Hengge
  • Zwei-Komponenten-System
    • Sensorkinase
      • nimmt Signal auf
      • phosphorylierung
      • Übertragung Phosphatrest an
    • ResponseRgulator
      • receiver-domain
      • output domäne
  1. Die Sensorkinase nimmt ein Signal spezifisch auf und gibt die Information an ein Modul weiter (chemische Reaktion)
  2. Der ResponseRegulator ist der Empfänger, der das Signal an eine Output-Domäne weitergibt. Der Output kann uaf zwei verschiedenen Ebenen erfolgen. Meist erfolgt eine Genregulation, seltener eine Aktivitätskontrolle von Enzymen
38
Q

Zweikomponentensysteme - Beispiel Chemotaxis

A

Response-Regulatoren

  • CheY
    • kann im phosphorylierten Zustand Motor binden
    • Änderung Bewegungsrichtung Rotationsrichtung
    • direkte Bindung
  • CheB
    • entfernt Methylreste der Chemorezeptoren
    • Che A wird aufgebaut

CheZ

  • deaktiviert Response-Regulator
39
Q

Signallogik Chemotaxis

A
  • verstärkte Liganden-Bindung führt via MCPs zu Inhibition der CheA-Aktivität
  • und mit etwas verzögerung (ca. 3 s) zur Erhöhung der Methylierung
  • Methylierung der MCPs wirkt aktivierend auf die Aktivität von CheA und senkt gleichzeitig die Affinität der MCPs für die Lockstoffe
  • Jeder Methylierungsstatus entspricht dem Lockstoffbindungsstatus voe 3s (Kurzzeitgedächtnis)
40
Q

Flagellen

A
  • ein Protein: Falgellin
    *

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