Uebungsaufgaben I, Lo%CC%88sungsblatt, 2012

Uebungsaufgaben mit Lösungen zum Vorlesungsteil Metabolismus
(Glykolyse, Pentosephosphatweg, Pyruvatstoffwechsel)
1) Wieviele ATP-equivalente werden beim anaeroben Abbau
von einem Molekül Glukose zu Pyruvat durch die Glykolyse
gewonnen?
Zwei ATP Moleküle werden durch direkte ATP-synthese
gewonnen, und zwar je eines durch die Phosphoglyceratkinase und
die Pyruvatkinase in der zweiten Stufe der Glykolyse.
2) Wieviele Moleküle ATP werden im Muskel durch die Glykolyse von
Fruktose (nicht Glukose) gewonnen?
Im Muskel wird Fruktose (wie auch Glucose) durch die Hexokinase
unter Verbrauch von einem ATP zu Fructose-6-phosphat
phosphoryliert, und dann in die Glykolyse eingespeist. Somit
werden insgesamt zwei ATP Moleküle gewonnen.
3) Warum kann Phosphoenolpyruvat eine Phosphatgruppe auf ADP
übertragen?
Die Carbonsäure-Phosphorsäureanhydridbindung in
Phosphoenolpyruvat hat eine höhere Abgangsenergie als die Phosphatgruppe der Phosphorsäure-Phosphorsäureanhydridbindung in ATP (G0’ = - 18.8 kJ mol-1)
4) Was versteht man unter direkter und indirekter ATP synthese?
Direkte ATP-synthese: eine Phosphatgruppe wird von einem
Metaboliten direkt auf ADP übertragen.
Indirekte ATP-synthese: Der Protonenfluss über die innere
Membran von Mitochondrien treibt kontrollierte
Konformationsänderungen der ATP-synthase, und erlaubt dadurch
ATP synthese. Der Protonengradient wird durch Protonenpumpen
der Atmungskette ausgebildet, und benötigt Sauerstoff.
5) Welche Reaktionen der Glykolyse werden von Kinasen katalysiert?
Wieviele Moleküle ATP werden bei einer Kinasereaktion
verbraucht?
Kinasen begünstigen die Uebertragung einer Phosphatgruppe von
ATP auf einen Metaboliten, und umgekehrt. Dazu wird ein Molekül
ATP, respektive ADP verbraucht. Die Glykolyse benötigt folgende
vier Kinasen: Hexokinase, Phosphofruktokinase,
Phosphoglyceratkinase, Pyruvatkinase.
6) In der Glykolyse wird Fructose-1,6-Biphosphat (FBP) durch Aldolase
in die zwei Triosen Dihydroxyacetonphosphat (DHAP) und
Gyceraldehyde-3-phosphat (GAP) gespalten, aber GAPdehydrogenase kann nur GAP zu 1,3-Biphosphoglycerate (1,3BPG) weiter abbauen. Warum akkumuliert DHAP trotzdem nicht
in Zellen?
GAP und DHAP stehen durch die Triosephosphatisomerase
miteinander im Gleichgewicht. Durch die Weiterverarbeitung von
GAP durch die GAP-dehydrogenase wird GAP dem Gleichgewicht
entzogen, und begünstigt damit die Umwandlung von DHAP zu
GAP.
7) Fluorionen (F-) inhibieren spezifisch die Enolase. Erklären Sie
warum bei Zugabe von F- sowohl 2-Phosphoglycerat (2PG)
wie auch 3-Phosphoglycerat (3PG) akkumulieren. Warum
akkumuliert kein 1,3-Biphosphoglycerat (1,3-BPG)?
Die Enolase katalysiert die Umwandlung von 2PG zu
Phosphoenolpyruvat, und durch seine Inhibition akkumuliert
dadurch 2PG. Da die Umwandlung von 2PG zu 3PG durch die
Phosphomutase reversible ist, wird auch 3PG angereichert. Die
weitere Umwandlung von 3PG zu 1,3-Biphosphoglycerat durch die
Phosphoglyceratkinase ist aber durch den ATP Verbrauch
energetisch ungünstig. Daher kann 1,3-BPG nicht akkumulieren.
8) Glukose, das am C1-Kohlenstoffatom markiert ist, wird zuerst
über die Glykolyse zu Pyruvat, und dann mittels
Alkoholfermentation in Ethanol und CO2 abgebaut.
Welches Abbauprodukt enthält den markierten Kohlenstoff?
Das markierte Kohlenstoffatom wird als CO2 freigesetzt.
9) Wenn Pyruvat nicht zu Lactat abgebaut werden kann, stoppt der
Fluss durch die Glykolyse. Erklären Sie warum.
Die GAP-dehydrogenase Reaktion der Glykolyse verbraucht NAD+
als Elektronenträger. Die Reduktion von Pyruvat zu Lactat durch
Lactatdehydrogenase regeneriert NAD+, das damit der Glykolyse
wieder zur Verfügung steht.
10) Durch welchen Stoffwechselweg wird aus Glucose NADPH für
Biosynthesen gewonnen?
NADPH wird vorallem im Pentosephosphatzyklus durch den Abbau
von Glucose-6-phosphat durch die Glucose-6-phosphat
dehydrogenase hergestellt. Zu einem kleineren Teil kann NADPH
auch durch Phosphorylierung von NADH gewonnen werden.
11) Die Pyruvatdehydrogenase katalysiert eine irreversible, zentrale
Stoffwechselreaktion. Nennen Sie das Substrat und das
Endprodukt der Reaktion? Wie wird dieser Multienzymkomplex
reguliert? Nennen Sie mindestens zwei Mechanismen.
Die Pyruvatdehyrogenase katalisiert die Umwandlung von Pyruvat
(Substrat) zu Acetyl-CoA (Endprodukt). Der Multienzymkomplex
wird allosterisch durch ADP, NAD+ aktiviert, und durch Acetyl-CoA,
NADH und ATP inhibiert. Ausserdem wird die
Pyruvatdehydrogenase auch durch Phosphorylierung von
spezifischen Serinaminosäureresten reguliert, zum Beispiel als
Antwort auf verschiedene Hormone wie Insulin oder Adrenalin.
12) Welche Co-faktoren werden für welche Reaktionen des
Pyruvatdehydrogenase-komplexes benötigt?
a. Oxidative Formation einer enzymatischen DisulfidVerknüpfung
b. Transfer der TPP-gebundenen Hydroxyethylgruppe
c. Freisetzung von CO2
d. Formation von Actetyl-CoA
1.
2.
3.
4.
a–1
b–2
c–3
d-4
FAD, NAD+
TPP
Liponsäure
CoA und Liponsäure