Anaerober und Aerober kataboler Stoffwechsel
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08.01.2016 Ao.Univ.Prof. Dr. Georg Weitzer Vorlesung Vom Molekül zur Zelle Fortsetzung von Block 3 nach Prof. Müllner, ab 8.1.2016 Kataboler und Anaboler Stoffwechsel Aktuelle Folien unter http://homepage.univie.ac.at/georg.weitzer/Lectures.html 2016 Aktueller Zeitplan: Block 3 Vorlesung Vom Molekül zur Zelle WS 2015/2016 von 8.1. bis 20.1.2015 • • • • • • • • • Fr. 8.1. Mo. 11.1. Di. 12.1. Mi. 13.1. Do. 14.1. Fr. 15.1. Mo. 18.1. Di. 19.1. Mi. 20.1. oxid. Stoffwechsel ab Glykolyse, Zitronensäurezyklus, Fettsäureabbau oxid. Stoffwechsel (Harnstoffzyklus) + Aufbau der Membranen mitochondriale Atmung mitochondriale Atmung Kataboler Stoffwechsel DNA‐Replikation Anaboler Stoffwechsel Transkription RNA‐processing + Regulation der Transkription Translation Sortierung von Proteinen, Wiederholung, Probetest • Erhellende Filme dazu auf YouTube von garlandscience 1 08.01.2016 Abbau von • Zucker, Polysaccharide • Fettsäuren, Fette • Aminosäuren, Proteine 2016 Ergebnis der Glykolyse 3 Möglichkeiten weitere Energie aus der Glukose bzw. dem Pyruvat zu gewinnen: Aerob: Zitronensäurezyklus gefolgt von Oxidativer Phosphorylierung (von ADP) Anaerob: Milchsäuregärung (z.B.: im Muskelgewebe bei Sauerstoffmangel) 2016 Alkoholische Gärung (z.B.: in der Hefe) 2 08.01.2016 Milchsäuregärung Im anaeroben Stoffwechsel muss NAD+ durch Reduktion des Pyruvats zu Lactat regeneriert werden. 2008V1 Alkoholische Gärung 2008V1 3 08.01.2016 Aerober Abbau/Stoffwechsel von Zucker, Fett und Eiweiß Glykolyse = Abbau von Hexosen zu Pyruvat + ? + 2 ATP + 2 NADH + H+ 13_10_acetylCoA_prod.jpg 2008V1 … in Gegenwart von Sauerstoff; … unter aeroben Bedingungen 13_17_final_oxidation .jpg + H+ Oxidative Decarboxylierung Oxidative Phosphorylierung 2008V1 4 08.01.2016 Zitronensäurezyklus 2016 Transport von NADH aus der Glykolyse in die Mitochondrien Zitronensäure zyklus Transaminierung Pyruvat/H+-Symporter 2016 Pyruvat https://de.wikipedia.org/wiki/Citrat-Shuttle 5 08.01.2016 Transport in Mitochondrien Aus der Glykolyse Malat‐Asparagat‐Shuttle * NAD+ NADH + H+ NAD+ NADH + H+ Malat Oxalacetat Glycerin‐3‐phosphat‐Shuttle Phosphoglycerol NADH + H+ NAD+ Zytoplasma Dihydroxyaceton‐phosphat FAD FADH2 Mitochondrien * Unter anaeroben Bedingungen 2016 Weiterverarbeitung des Pyruvates = Oxidative Decarboxylierung 2016 6 08.01.2016 Struktur (A) und Funktion (B) der Pyruvat‐ Dehydrogenase Multienzymkomplexes A Thiamindiphosphat Vitamin B1 (Thiamin derivat) 50 Proteine Liponsäure B Riboflavin (Vit. B2 derivat FAD Reguliert über Kinasen, Phosphatasen 2016 Coenzym A:Derivat der Pantothensäure (Vitamin B5) Pantothensäure 2016 Figure 2‐62 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) 7 08.01.2016 Der Citratzyklus oder auch Krebszyklus 2016 13_17_final_oxidation .jpg 2008V1 8 08.01.2016 2016 Der Citratzyklus Ausbeute an energiereichen Molekülen 13_11_citric_acid_cycle.jpg 2008V1 9 08.01.2016 GTP 2008V1 GTP + ADP <‐‐‐> GDP + ATP Nucleosiddiphosphat Kinase 13_12_02_GTP _FADH2.jpg 2008V1 10 08.01.2016 2008V1 2008V1 11 08.01.2016 2008V1 2016 12 08.01.2016 1) 2) Pyruvate Acetyl‐CoA NADH + H+ 3) 2 ATP + 2 NADH x 2 ! 2 NADH x 2 ! 2 GTP + 6 NADH + 2 FADH2 2 ATP + 2 GTP + 10 NADH + 2 FADH2 2010V1 13_17_final_oxidation .jpg 2008V1 13 08.01.2016 Glukose 6‐Phosphat, Pyruvat und Acetyl‐CoA sind wichtige Knotenpunkte (= Zwischenprodukte, “Intermedia“) im Intermediär‐stoffwechsel 13_24_metabolism.jpg 2008V1 Die Metaboliten von Glykolyse und Citratzyklus sind auch wichtige Ausgangsstoffe für Biosynthesen Zuckerabbau Anaplerotische Reaktionen 13_23_precursors.jpg 2008V1 14 08.01.2016 Abbau der Polysaccharide durch Hydrolyse 13_18_store_glycogen .jpg 2008V1 Die Ebenen des katabolen Energiestoffwechsels 13_02_cell_metabolism.jpg 2008V1 15 08.01.2016 Fett‐ und Fettsäureabbau 13_10_acetylCoA_prod.jpg 2008V1 13_09_01_fatty_acids_oxd.jpg 2008V1 16 08.01.2016 13_19_store_fats.jpg Wie kommen die Fettsäuren in die Mitochondrien? 2008V1 Aktivierung von Fettsäuren Acyl‐CoA 2008V1 17 08.01.2016 Derivat der Pantothensäure (Vitamin B5) 2010V1 Figure 2‐62 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Fettsäuren ‐Transport durch die innere Mitochondrienmembran Carnitin 3 separate Enzymkomlexe! 2016 Stryer, 6.Auflage 18 08.01.2016 Veresterung 2016 Fettsäureabbau Fettsäuren-ß-Oxidation 2016 19 08.01.2016 Ausbeute: pro C2-Einheit: FADH2 + NADH+H+ 13_09_02_fatty_acids_oxd.jpg ß-C-Atom Reaktionen wie im Zitrat Zyklus Die Fettsäure‐ß‐Oxidation muss für eine Fettsäure mit n C‐Atomen (n/2 ‐ 1) mal ablaufen (z.B. 7 mal für Palmitinsäure mit 16 C‐Atomen) 2008V1 Die Ebenen des katabolen Energiestoffwechsels 13_02_cell_metabolism.jpg 2008V1 20 08.01.2016 Abbau der Proteine und Aminosäuren Der Harnstoffzyklus (Proteine (Polypeptide) werden durch Proteasen in die Aminosäuren zerlegt.) 2016 Die Ebenen des katabolen Energiestoffwechsels 13_02_cell_metabolism.jpg 2008V1 21 08.01.2016 1. Transaminierung Vitamin B6 Derivat 2016 Co‐Substrat Oxidativer Aminosäurestoffwechsel Transaminierung oxidative Desaminierung 2016 22 08.01.2016 2. Oxidative Desaminierung Glutamat Dehydrogenase 2016 Oxidativer Aminosäurestoffwechsel Transaminierung oxidative Desaminierung Harnstoffzyklus 2016 23 08.01.2016 Harnstoff Zyklus Die Entsorgung von Ammoniak erfolgt durch Harnstoffsynthese in der Leber 2016 24 08.01.2016 Alternative Wiederverwendung von NH3 Durch die Glutaminsynthase 03_34_ATP hydrolysis.jpg Einsatz von Phosphorylierungsenergie zur Verbindungsbildung (A) am Beispiel der Synthese von Glutamin aus Glutamat und Ammoniak (B) 2008V1 And https://en.wikipedia.org/wiki/Glutamine_synthetase Harnstoff‐ und Zitronensäurezyklus sind verknüpft ! 2016 25 08.01.2016 Die Entsorgung von Ammoniak erfolgt durch Harnstoffsynthese in der Leber 2016 Abbau von • Zucker, Polysaccharide • Fettsäuren, Fette • Aminosäuren, Proteine 2016 26
