Biochemie Übungsblatt Nr. 9 22.01.2004 1 - staff.uni

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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)
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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)
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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
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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.
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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:
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