Biochemie Übungsblatt Nr. 9 22.01.2004 Fettsäuresynthese: 1) Mit Hilfe des mitochondriale ACP? AcetylCoA Carrboxylase (Biothin als prosth. Gruppe) AcetylCoA + Kohlendioxid + ATP Æ MalonylCoA + ADP + P Reguliert durch Insulin (Insulin hemmt den FS-Abbau) Acetyltransferase Gesamtreaktion: AcCoA + MalonylCoA + 14 NADPH + 14 H+ Æ Palmitat + 7CO2 + 7H2O + 8CoA + 14NADP+ 2) ? 3) Im Cytosol. Meist in Fettzellen oder Leberzellen 4) AcetylCoA + Kohlendioxid + ATP Æ MalonylCoA + ADP 7 MalonylCoA Æ Palmitat Transport: AcCoA wird an OAA gebunden Æ Citrat, wird durch die Citrattranslokase in das Cytosol gebracht Æ OAA + AcCoA unter ATP-Verbrauch, danach Æ Malat Æ Pyruvat + NADPH+H+ +CO2 Æ Pyruvat, welches wieder in die Mitochondrien diffundieren kann. Cholesterin: 1) Cholesterin-Entstehung: 3 Acetyl-CoA Æ Mevalonat (6 C-Atome) Æ Isopentenyl-diphosphat (aktives Isopren, 5 C-Atome) Æ 6 Isopentenyl-diphosphat Æ Squalen (30 C-Atome) Æ Cholesterol (27) 2) Das Schlüsselenzym der Reaktion ist das 3-HMG-CoA-Reduktase (am glatten ER erzeugt), welches 3-Hydroxy-3-methyl-glutaryl-CoA in Mevalonat umwandelt. Dabei werden zwei Reduktionsäquivalente verbraucht und CoA freigesetzt. Die Anwesenheit von Insulin und Thyroxin fördern die Umsetzung, Glucagon dagegen hemmt die Reaktion. Die Reaktion findet im ER statt. 3) Der Transport erfolgt durch LDL von der Leber zu den Geweben. Über das an dem LDL befindlichen ApoB-100 und ApoE wird der LDL an Rezeptoren gebunden und als ganzer Komplex über Endocytose aufgenommen. Durch Clathrin, was sich an der Innenseite der Zellmembran befindet. Das Clathrin verhilft zur Einstülpung bei der Endocytose und zur Abschnürung der Vesikel. Danach dissoziiert das Clathrin ab und wird wieder verwendet. Das Vesikel bindet an Lysosom und wird abgebaut. 4) SREBP: SREBP (Sterol-responsive element binding protein) SCAP (SREBP cleavage-activating protein) 1 Biochemie Übungsblatt Nr. 9 22.01.2004 Wenn genügend Cholesterin vorhanden ist, bindet SREBP an SCAP. Dieser Komplex wird als Vesikel vom ER abgeschnürt, wenn der Cholesteringehalt im ER sinkt. SREBP wird im Golgi-Apparat proteolytisch (Protease) freigesetzt und bindet an Promotoren mit SRE (sterol-responsive element) und aktiviert die zugehörigen Gene. Somit wird die Synthese von Cholesterin und LDL – Rezeptoren erhöht. (André R. Miserez ) „Neben den Auswirkungen von Defekten in diesen Genen sind zwei weitere, kürzlich von Brown und Goldstein beschriebene Gene von zunehmendem Interesse, die in den Cholesterinstoffwechsel eingreifen, bei denen aber beim Menschen keine Defekte bekannt sind. Diese Gene, „Sterol Regulatory Element Binding Protein" (SREBP)-1 und SREBP-2, spielen im Cholesteringleichgewicht der Zelle eine entscheidende Rolle. Sie regulieren die Aufnahme des Cholesterins aus dem Blut und gleichzeitig auch die Cholesterineigenproduktion der Zelle. Cholesterin ist für die Zelle lebensnotwendig. So erstaunt es nicht, dass die Aufrechterhaltung ihres Cholesteringehalts exakt reguliert wird. Die Zelle erhöht ihren Cholesteringehalt, indem sie vermehrt LDL-Rezeptoren bildet, die an die Zelloberfläche wandern, die im Blut vorbeischwimmenden, cholesterinreichen LDL-Partikel binden und in die Zelle aufnehmen. Aber auch die Cholesterinproduktion innerhalb der Zelle selbst wird gesteigert indem die Bildung der Eiweisse (sogenannte Enzyme), die an dieser Produktion beteiligt sind, z.B. Hydroxymethyl-Glutaryl-Coenzym A (HMG-CoA)-Synthase, HMG-CoAReduktase, Farnesyl-Pyrophosphat (PP)-Synthase, Squalen-Synthase, gesteigert wird (Abbildung 4a*, 4b*). Diese Regulation des Cholesteringehalts der Zelle geschieht über die Transkriptionsfaktoren SREBP-1 und SREBP-2. Ein Transkriptionsfaktor ist ein körpereigenes Eiweiss, das die Aktivität anderer Gene steuert, indem es an eine bestimmte Stelle dieser Gene, den Promotor, bindet. Falls der Cholesteringehalt der Zelle zu niedrig ist, werden reife Formen der Transkriptionsfaktoren SREBP-1 und SREBP-2 gebildet. Diese wandern in den Zellkern und binden an die Promotoren des LDLRezeptor-Gens und der Gene, die für die Eigenproduktion von Cholesterin verantwortlich sind. Alle diese Gene werden durch die beiden Transkriptionsfaktoren gleichzeitig aktiviert. Dadurch werden einerseits mehr LDL-Rezeptoren produziert, das heisst mehr Cholesterin in die Zelle aufgenommen. Andererseits werden auch mehr Enzyme zur zelleigenen Cholesterinproduktion gebildet. Die Folge dieser beiden Mechanismen ist ein Ansteigen des Cholesteringehaltes der Zelle. Dies wiederum drosselt die Bildung der Transkriptionsfaktoren SREBP-1- und SREBP-2. Ein feinregulierter Rückkopplungsmechanismus gewährleistet somit die Aufrechterhaltung eines konstanten Cholesteringehaltes der Zelle. SREBP-1 und SREBP-2 steuern dabei beide die Aktivität der an diesen Vorgängen beteiligten Gene.“ Proteinabbau: 1) Für den Proteinabbau (Proteolyse) werden hauptsächlich zwei Enzymklassen verwendet, Proteinasen und Peptidasen. Diese sind im Magen-Darm-Trakt aber auch im Cytosol und den Lysosomen zu finden. Endopeptidasen (Proteinasen) spalten Peptidbindungen im Inneren des Peptids. Sie hydrolysieren relativ spezifische Reaktionen. Exopeptidasen dagegen greifen nur vom Ende her an und bauen einzelne Aminosäuregruppen ab. (Aminopeptidasen, Carboxypeptidasen) 2 Biochemie Übungsblatt Nr. 9 22.01.2004 2 Wege des Proteinabbaus: a) in Lysosomen: durch Karthepsin b) in Cytosol: ATP abhängig (Ubiquitin) ATP unabhängig (kein Ubiquitin, Caspasen, Calpain, besonders bei Calmodulin gebundenen Proteinen) 2) Reaktion von Peptiden an Ubiquitin: E1: Ubiquitin-activating enzym Ubiquitin-COO- + E1-SH Ubiquitin-CO-SE1 ATP Æ AMP +Ppi E2: Ubiquitin-conjugation enzym Ubiquitin-CO-SE1 + E2-SH Ubiquitin-CO-SE2 + HS-E1 E3: Ubiquitin-protein-ligase Ubiquitin-CO-SE2 + Protein Ubiquitin-CO-Protein + E2-SH E3 ist für die Spezifität verantwortlich. Die Erkennung erfolgt aufgrund primärer Signale (N-terminal)! Der N-Terminus kann jedoch auch Phosphoryliert werden. Eine ander Möglichkeit ist die Erkennung des gebundenen Chaperons. (FOLIE) 3) Der Abbau erfolgt im Proteosom. Es ist aus 3 großen UE aufgebaut (19S, 20S, 19S = 26S). Die 20S Einheit ist aus 2 alpha und 2 beta-Gruppen aufgebaut. Im Inneren finden die Reaktionen statt. Nur ein durch Ubiquitin markiertes Protein wird in das Proteosom aufgenommen. Dieses wird in der unter ATP-Verbrauch entfaltet. Aminosäureabbau: 1) Ketogene AS zeichnen sich dadurch aus, dass sie weder zu Pyruvat noch zu einem Metabolit des Citratcycluses abgebaut werden. Rein ketogene AS sind Lysin, Leucin und Tryptophan. Glucogene AS sind jene AS, die in ihren Abbauwegen als Vorstufen von PEP (Phosphoenolpyruvat) also Glucose dienen. Isoleucin, Phenylalanin und Tyrosin besitzen beide Eigenschaften. Zweck: Für neue Proteine Vorstufen für stickstoffhaltige Verbindungen Auch als Energielieferant 2) Transaminierung und Desaminierung AS werden in Kohlenstoffgerüst (AcCoA) und Aminogruppe gespalten (Harnstoffzyklus) AS Æ Glutamat Æ Ammoniak (toxisch) Æ Harnstoff 3) Als Coenzym der Transaminase dient das Pyridoxalphosphat, ein Abkömmling des Vitamin B6. 4) ? 3 Biochemie Übungsblatt Nr. 9 22.01.2004 5) Die glucagenen AS werden zu 2-Oxoglutarat, Succinyl-CoA, Fumarat, Oxalacetat, und Pyruvat abgebaut und dienen als Vorläuferstufen der Gluconeogenese. 6) Die ketogenen AS werden zu AcetylCoA oder Acetacetat abgebaut. Harnstoffcyclus: 1) Säugetiere scheiden Stickstoffverbindungen in Form von Urin, Vögel als Harnsäure und Fische direkt als NH4+ über die Oberfläche aus. 2) 3) Ammoniak wird durch das Enzym Carbamoylphosphat-Synthase unter Verbrauch von 2 ATP an HCO3- gebunden und reagiert zu Carbamoylphosphat. Dieses wird dann in den Zyklus eingebaut, indem es sich an Ornithin bindet. 4) Die Stickstoffatome stammen vom Ammoniak und Aspartat, der Carbonylteil aus dem Hydrogencarbonat. Desaminierung: 1) Transaminierung: AS + alpha-Ketoglutarat Æ Glutamat + Ketosäure z.B.: Glutamat – OAA – Transaminase Glutamat-Pyruvat-Transaminase 2) Bildung von Harnstoff: Ketoglutarat Æ Glutamat 5) siehe Buch bzw. Blatt 6) Das giftige Ammoniak kann den Körper so einfach nicht verlassen, da es ein Stoffwechselgift darstellt. Somit wird es in Harnstoff umgewandelt und verliert seine Toxizität. 4 Biochemie Übungsblatt Nr. 9 22.01.2004 7) Kohlenstoffdioxid + NH4 + 3 ATP + Aspartat + 2 Wasser Æ Harnstoff + 2 ADP + P + AMP + PP + Fumarat (Æ Citratzyklus) OAA: Æ Pyruvat Æ Aspartat Æ Glycolyse / Gluconeogenese 8) Krankheiten: Phenylketonurie: Phe kann nicht mehr in Thy umgebaut werde. Entweder ist Enzym oder Coe´zym defekt. Aus Phe kann dann Phenylpyruvat entstehen, was toxische Wirkungen hat. Hyperammonämie: 5