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Glykolyse = Abbau von Glucose zu Pyruvat.

ort : Zytosol

Abschnitt 1 -Schritt 1 : Glucose —> Glucose-6 Phosphat • sorgt dafür dass das Glucose-Molekül in der Zelle bleibt (und nicht wieder raus durch GLUTProtein) • erster ATP verbraucht • Enzym = Hexokinase/Glukokinase • irreversibel

-Schritt 2 : Glucose-6-phosphat → Fructose-6-phosphat • Isomierierung, d. h. die Atome des Moleküls werden umgelagert • Enzym= Glucose-6-phosphat-Isomerase

-Schritt 3 : Fructose-6-phosphat → Fructose-1,6-bisphosphat (SYMETRIE) • ATP verbraucht • Enzym= Phosphofructokinase-1(PFK-1) —>Schlüsselenzym der Glykolyse, weil sie den geschwindigkeitsbestimmenden Schritt der Glykolyse katalysiert. • irreversibel

-Schritt 4 = Fructose-1,6-bisphosphat → Glycerinaldehyd-3-phosphat + Dihydroxyacetonphosphat • Spaltung C6 = in 2 C3 (Konstitutionsisomere) • Reaktion = Aldospaltung und wird von dem Enzym Aldolase A katalysiert • Die Produkte können sich ineinander umwandeln.

-Schritt 5 = Dihydroxyacetonphosphat → Glycerinaldehyd-3-phosphat Nur GAP kann in der Glykolyse verwertet werden —> Ablauf der Isomerisierung in Richtung Glycerinaldehyd-3-phosphat. Enzym = Triosephosphat-Isomerase Abschnitt 2 ALLES X 2 -Schritt 6 = Glycerinaldehyd-3-phosphat → 1,3-Bisphosphoglycerat 1) Oxidation von Glycerinaldehyd-3-phosphat Die Glycerinaldehyd-3-phosphat-Dehydrogenase GAPDH bindet Glycerinaldehyd-3-phosphat und NAD+ und bringt sie so in unmittelbare Nachbarschaft zueinander. —> Der Carbonylkohlenstoff des Glycerinaldehyd-3-phosphats wird kovalent auf das Schwefelatom einer SH-Gruppe des Enzyms übertragen. Dabei entsteht aus der Carbonylgruppe eine H-C-OH-Gruppe Das NAD+ nimmt von der H-C-OH-Gruppe ein Hydrid-Ion (H–) auf (das Wasserstoffatom mitsamt seinen beiden Bindungselektronen, nicht das Proton der OHGruppe!). Die vier Bindungen des Substrat-Kohlenstoffatoms werden wiederhergestellt, indem die OH-Gruppe ein Proton abgibt und der Sauerstoff eine zusätzliche Bindung zum Kohlenstoff ausbildet. Aus der H-C-OH-Gruppe wird dadurch wieder eine Carbonylgruppe. Das NADH sowie das von der OH-Gruppe abgelöste Proton lösen sich vom Enzym ab. Beides zusammen,

NADH + H+ Dabei sollte angemerkt werden, dass das Proton (H+) zwar zur gleichen Zeit gebildet wird wie das NADH, dass aber beide nie chemisch miteinander verbunden sind. Als Ergebnis dieser Reaktion liegt nun kein Thiohalbacetal mehr vor, sondern ein Thioester= Carbonsäure mit der OH-Gruppe eines Alkohols unter Abspaltung von Wasser.

2) Phosphorolytische Freisetzung des Reaktionsprodukts Aus der wässrigen Umgebung wird anorganisches Phosphat aufgenommen und es entsteht 1,3-Bisphosphoglycerat. In diesem Molekül ist die Phosphatgruppe mit dem Kohlenstoffatom Nr. 3 unverändert über eine Esterbindung verbunden, die Phosphatgruppe des Kohlenstoffatoms 1 weist hingegen eine Anhydridbindung auf Bei einer Verbindung zwischen einer Carbonsäure und Phosphorsäure entsteht unter Abspaltung von Wasser ein gemischtes Phosphorsäure-Carbonsäure-Anhydrid. Das hohe Gruppenübertragungspotenzial dieser Verbindung ermöglicht anschließend (Schritt 7) die Synthese von ATP.

Schritt 7 = 1,3-Bisphosphoglycerat → 3-Phosphoglycerat Das hohe Gruppenübertragungspotenzial des 1,3-Bisphosphoglycerats wird in der nun folgenden sog. Substratkettenphosphorylierung genutzt, um die Phosphatgruppe der Position 1 auf ADP zu übertragen. ATP gebildet, übrig bleibt 3-Phosphoglycerat Enzym = (3-)Phosphoglycerat-Kinase entscheidende energieliefernde Reaktion der Glykolyse.

Schritt 8 : 3-Phosphoglycerat →2-Phosphoglycerat • Isomisierung • Verschiebung Phosphat Gruppe • Enzyme = Phosphoglycerat-Mutase Schritt 9: 2-Phosphoglycerat → Phosphoenolpyruvat • Abspaltung von Wasser • —> Bildung von Phosphoenolpyruvat Phosphatgruppe der Position 2 ein hohes Gruppenübertragungspotenzial • Enzym = Enolase Schritt 10: Phosphoenolpyruvat → Pyruvat • Phosphatgruppe des Phosphoenolpyruvats auf ADP übertragen • Entstehung Pyruvat + ATP • Irreversibel • Substrattkettenphosphorylierung • Enzym = Pyruvat-Kinase

ENERGIEBILANZ = Da ausgehend von einem Molekül Glucose zwei Moleküle Glycerinaldehyd-3-phosphat abgebaut werden, ergibt die Glykolyse netto werden zwar gewonnen, aber 2 ATP müssen aufgewendet werden!) und

(4 ATP

delta G sehr negativ = irreversible Reaktion - Hexokinase Glucose —> Glucose 6 Phosphat - Phosphofructokinase-1 Frucose 6 Phosphat —> Fructose 1 6 Biphosphat - Pyruvat-Kinase Phosphoenolpyruvat —> Pyruvat —> Eine Umkehr dieser Reaktionen ist unter physiologischen Bedingungen nicht möglich 3 Substratkettenphosphorylierung in unserem Körper = Definition = ATP-Synthese durch Übertragung eines Phosphatrests von dem Zwischenprodukt eines Stoffwechselweges auf ADP (3-)Phosphoglycerat-Kinase Reaktion -Pyruvatkinase Reaktion -Succinatthiokinase im Citratzyklus. Regulation der Glykolyse Enzyme

stimuliert durch

gehemmt durch

HEXOKINASE GLUCOKINASE (Glc-6-P unabhängig)

Insulin

Glucose 6 Phosphat Glukagon

PHOSPHOFRUKTOKINASE

AMP, ADP Fructose 2-6 Biphosphat -PFKB 1 (Leber) : cAMP spiegel steigt = Kinasedomäne deaktiviert und die Phosphatasedomäne aktiviert —> mehr Frk 2-6 bihosphat abgebaut—> Glykolyse gehemmt -PFKB 2 (Herz) = Kinasedomäne aktiviert und die Phosphatasedomäne deaktiviert: Fructose-2,6bisphosphat wird vermehrt gebildet —> Glykolyse aktiviert

ATP Abfallen des pH Citrat

Pyruvatkinase

Fructose 1-6 Phosphat

ATP Alanin

Regulation der Gluconeogese

Enzyme

stimuliert durch

PhosphoenolpyruvatCarboxylase

gehemmt durch ADP

Fructose 1-6 Phosphat

Citrat

Fructoe 2-6 Biphosphat AMP

Pyruvatcarboxylase

Acetyl-coA

ADP

Gluconeogenese

Glucagon

Insulin

Ae = 02

Und jetzt was mit Pyruvat ??? 1) robe Bedingungen = Pyruvat —Pyruvat-Dehydrogenase—> Acetyl-CoA (irrerversible Reaktion) —> Atmungskette 2) Anaerobe Bedingungen = Pyruvat —Lactat-Dehydrogenase—> Lactat (dient va der Regeneration der NAD+)

Energiebilanz der anaeroben Glykolyse = Glucose + 2 Pi + 2 ADP → 2 Lactat + 2 ATP + 2 H2O aeroben Glykose = + 32 ATP

PENTOSEPHOSPHATWEG Ausgangspunkt Glykolyse = Ausgangspunkt Pentosephosphatweg Def = ist ein von der Glykolyse abzweigender alternativer Abbauweg der Glucose —> Ziel = Bildung von NADPH + H+ / Bildung von Pentosen (—> Nukleotidsynthese) Ort = Zytosol aller Zellen (unterschiedliche Aktivität bsp hoch = Leber + Nebennierenrinde) 1) Oxidative Phase: —> Glucose reagiert in drei Schritten zu Ribulose-5-phosphat, wobei zwei Moleküle NADPH+H+ entstehen A. Oxidation Glucose 6 Phosphat Dehydrogenase (Schlüsselenzym : beim Mangel bcp moins de NADPH) B. Hydrolyse Gluconolactonhydrolase C. Dexarboxylierung 6 Phosphogluconat-dehydrogenase

2) Nichtoxidative Phase: —> Ribulose-5-phosphat wird in andere Kohlenhydrate mit drei, vier, fünf, sechs und sieben CAtomen umgewandelt Endprodukte = Fructose-6-phosphat und GAP —>Glykolyse Prinzip:

A. Isomesierung zw Ribulose 5 Phsophat- Ribose 5 phosphat B. Übertragung eine C2 Einheit Transketolase (Transfer ) C. Übertragung eine C2 Einheit Transaldolase (Transfer D. Übertragung eine C2 Einheit Transketolase

+ Coenzym = ;

GLUCONEOGENSE = Neubildung von Glucose aus 2 Pyruvat Bedeutung: Bei normaler Stoffwechsellage reicht die Glucose aus der Nahrung und aus dem Glykogenabbau, um die Gewebe zu versorgen, die ihren Energiebedarf ausschließlich über Glucose decken (Gehirn, anaerob arbeitende Skelettmuskulatur, Erythrozyten und Nierenmark) Nur in Phasen längerer Nahrungskarenz (>24h) muss Glucose körpereigen synthetisiert werden Ort: In Leberzellen in 3 zellulären Kompartimenten (ersten Schritte finden in Mitochondrien statt, der Großteil der Reaktionen danach im Zytosol und der letzte Schritt erfolgt im eR) Ausgangsstoffe ◦ Ständig verfügbares Substrat der Gluconeogenese, wird direkt zu Pyruvat umgewandelt ◦ : Stammen aus dem Abbau von Nahrungsproteinen oder (in Hungerphasen) Proteinen der Skelettmuskulatur, werden zu Oxalacetat oder Pyruvat umgewandelt ◦ Stammt aus dem Abbau von Triacylglycerinen durch Lipolyse. Glycerin wird zu Dihydroxyacetonphosphat umgewandelt und dann über Glycerinaldehyd-3phosphat der Gluconeogenese oder der Glykolyse zugeführt. ◦ : Aus dem Abbau ungeradzahliger Fettsäuren und einiger Aminosäuren (Methionin, Valin, Threonin, Isoleucin) —> in Methylmalonyl-CoA umgewandelt, dann in Succinyl-CoA, welches in den Citratzyklus eingeschleust und zu Oxalacetat umgewandelt wird. Prinzip: =rückwärts laufende Glykolyse Allerdings sind 3 Reaktionen der Glykolyse irreversibel, müssen also bei der Gluconeogenese umgangen und von anderen Enzymen katalysiert werden: —> Phosphoenolpyruvat → Pyruvat (Pyruvat-Kinase-Reaktion). —>  Fructose-6-phosphat → Fructose-1,6-bisphosphat (Phosphofructokinase-Reaktion). —>  Glucose → Glucose-6-phosphat (Hexokinase-Reaktion) Lösung = hydrolytische Spaltung der Pi-Gruppe )

1) Umgehung der Pyruvatkinase A Pyruvatcarboxylase-Reaktion: Umwandlung von Pyruvat in Oxalacetat in den Mit ◦ 1 ATP verbraucht ◦ Coenzym: Biotin B Transport ins Zytosol ◦ Mitochondrienmembran ist für Oxalacetat undurchlässig Umwandlung in Malat (unter NADH Verbrauch) ◦ Transport erfolgt über das Malat-AspartatShuttle C Phosphoenolpyruvat-Carboxykinase: Umwandlung von Oxalacetat in Phosphoenolpyruvat ◦ Schrittmacherreaktion der Gluconeogenese ◦ 1 GTP verbraucht 2)Umgehung der Phosphofructokinase 1 —> Fructose-1,6-Bisphosphatase: Hydrolyse von Fructose-1,6-bisphosphat zu Fructose-6phosphat (es geht also genau die Energie wieder verloren, die bei der Phosphorylierung von Fructose-6-Phosphat durch die Phosphofructokinase 1 der Glykolyse in Form von ATP investiert wurde)

3) Umgehung der Hexokinase —> Glucose-6-Phosphatase: Integrales Membranprotein des eR von Nieren- und Leberzellen, das Glucose-6-phosphat zu Glucose und Pi hydrolysiert (Energie verloren) —> Glut 2 —> raus. = Morbus von Gierke : Defekt der Glucose-6-Phosphatase keine Glukosefreisetzung möglich akkumuliert in der Zelle ( ) = HEPATOMEGALIE. ENERGIEBILANZ = Die Bildung von 1 Glucose aus 2 Pyruvat erfordert 4ATP + 2 GTP Die Gluconeogenese wird nicht aus Energiemangel betrieben, sondern aus Glucosemangel.

Frc 2-6 biphosphat...