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Zur Erinnerung...
-Durch die Gluconeogenese wird aus kleinen Molekülen dienicht zu den Kohlenhydraten gehören (Glycerin, Aminosäuren, Lactat)Glucose hergestellt.-Die Gluconeogenese ist nicht einfach die Umkehrung der Glycolyse.Die irreversiblen Schritte der Glycolyse werden bei der Gluconeo-genese unter Energieaufwand umgangen.-Pyruvat wird unter Energieverbrauch in den Mitochondrien zu Oxalacetat und anschließend im Cytosol zu Phosphoenolpyruvat umgewandelt.-Spezifische Phosphatasen spalten Phosphatgruppen von F-1,6BPbzw. G-6-P ab und erlauben so die Synthese der Glucose.-Biotin ist ein Vitamin, welches als prosthetische Gruppe CO2-Gruppen übertragen kann (Coenzym bei Carboxylierungen wiez.B. die Bildung von Oxalacetat aus Pyruvat).
Vorbereitungsphase
Die Abschnitte der Energiegewinnung
Abbau zum AcCoAunter Gewinnung von
ATP
Vollständige Oxidationund effiziente ATP-
Gewinnung
Der Citratzyklus/Tricarbonsäurezyklus/Krebs-Zyklus
-Der Citratzyklus ist der erste Teil der aeroben Verbrennung vonBrennstoffen.
-Die Brennstoffe werden maximal oxidiert zum CO2.
-Nahezu alle Brennstoffe werden im Citratzyklus oxidiert.
-Mehr als 95% der in der Zelle generierten Energie kommt durchden Citratzyklus und der anschließenden oxidativen Phosphorylierung.
-Der Citratzyklus generiert kein ATP (nur ein wenig GTP)! Es werden Reduktionsäquivalente für die anschließende Atmung gebildet.
-Der Citratzyklus läuft in den Mitochondrien ab.
Matrix
äußere Membran
innere Membran/Cristae
Dieser C2-Körper kommt von Pyruvat
In diesen Verbindungen werdendie Reduktionsäquivalente
gespeichert
2 C1-Körper werdenmaximal oxidiert
Citrat
Das Acetyl-CoA: Der Brennstoff des Citratzykluses
-es werden C2-Einheiten aus der Glycolyse in den Citratzyklus in Form von Acetyl-CoenzymA eingeschleust.
Pyruvat +CoA+NAD+ Acetyl-CoA+CO2+NADH+H+
ADP mit 3‘-Phosphat
Coenzym A
Vitamin
Coenzym A ist Carrier von aktivierten C2-Einheiten
Ein Thioester dessen Hydrolyse stark exergonisch ist :
Acetyl-CoA + H2O Acetat+CoA G‘°=-31kJ/mol
Die Herstellung von Acetyl-CoA aus Pyruvat
-Umwandlung erfolgt in der Mitochondrien-Matrix durch denPyruvat-Dehydrogenasekomplex:
Pyruvat +CoA+NAD+ Acetyl-CoA+CO2+NADH
Ein Multiprotein-Komplex mit einer Masse von 4-10MioDalton!
Der Pyruvat-Dehydrogenasekomplex-Complex enthält 5 Cofaktoren:Thiaminpyrophosphat (B1)Liponamid (Liponsäure)FAD (Riboflavin)CoA (Pantothensäure)NAD (Niacin)
katalytische Cofaktoren
stöchiometrische Cofaktoren
Drei Schritte: Decarboxylierung, Oxidation und Übertragung auf CoA
Der erste Schritt: Die Decarboxylierung von Pyruvat
Prosthetische Gruppe:TPPdieses Proton hat ein pKs von 10,es ist also leicht zu dissoziieren.Das Carbanion kann nucleophil das Pyruvat angreifen.Generell: TPP kann -Ketosäurendecarboxylieren
Carbanion von TPP-Ketosäurewirkt als
Elektronenfalle
Hydroxyethylgruppe
Die Pyruvat-Dehydrogenase Komponente E1:1. Decarboxylierung von Pyruvat2. Oxidation zum Acetat
1. Decarboxylierung
Der zweite Schritt: Oxidation der Hydroxyethylgruppe und Übertragungauf Liponamid
S hatOxidationszahl -1
die S-S-Brücke wird reduziert(-1 auf -2)
das C wird Oxidiert(+1 auf +3)
Die Oxidation zur Acetylgruppe
Die Übertragung des Acetylrests aufdas Coenzym A
E2 (Dihydrolipoyl-Transacetylase)
Die Regeneration des oxidierten Liponamids:(= Funktion von E3, eine Dehydrogenase)
Dihydrolipoyl-Dehydrogenase
Das Flavinadenindinucleotid (FAD)
= Acceptor für zwei Wasserstoffe
Proteine mit dieser prostethischenGruppe heißen Flavoproteine
Riboflavin (B2)
Pyruvat-Dehydrogenase
Dihydrolipoyl-Transacetylase
Dihydrolipoyl-Dehydrogenase
Vorteil: Die Organisation in Multienzym-Komplexe optimiert die Effizienz der Katalyse und verhindert Nebenreaktionen
Transacetylase
Dehydrogenase
Dehydrogenase
Das Einschleusen von Acetylgruppen in denCitratzyklus: Die Reaktion der Citrat-Synthase
die Hydrolyse des Thioesterstreibt die Reaktion an
Aldolkondensation
Synthasen:Enzymklasse, die zwei Einheiten ohne ATP-Verbrauchmiteinander verbindet.
H+ vom His erleichtertdie Enolform-Ausbildung
His erleichtert die Bildung einer OH-Gruppe
und damit den nucleophilenAngriff
Hydrolyse des Citryl-CoA‘s
Die Aconitase katalysiert eine isomerisierungs-Reaktion
Aconitase ist ein Eisen-Schwefel Protein
Vorbereitung der Decarboxylierung
Die Dehydrogenase-Reaktion mit anschließenderDecarboxylierung
Isocitrat-Dehydrogenase
eine ß-Ketosäure ist instabil und spaltet CO2 ab!
-Ketoglutarat-Dehydrogenase
-Der Reaktionsmechanismus ist identisch zur Umwandlung vonPyruvat zum Acetyl-CoA (der Dehydrogenase-Komplex ist homolog E1, E2 bzw. identisch E3).Abspaltung von CO2 über TPP!
Die Spaltung des Thioesters generiert GTP
-Hydrolyse hat DG°=-33kJ/mol
Succinyl-CoA Synthase
Die Spaltung des Acetyl-CoAs ist mit der Herstellung von Citratgekoppelt. Hier wird bei einer analogen Reaktion GTP generiert!
Die Regeneration des Oxalacetats
Änderung von G‘° reicht nichtfür NADH-Herstellung
Succinat-DH Fumarase Malat-DH
Succinat
Immer das gleiche...
Die Nettogleichung des Citratzyklus
Acetyl-CoA+3NAD++FAD+GDP+Pi+2H2O
2CO2+3NADH+FADH2+GTP+2H++CoA
Die elektronen der Oxidation vom Acetylrest sind nun alle inNADH bzw. FADH2 gefangen.
CH3-C-CoA
O
-3 +3 +4 8 Elektronen
2 CO2