Seminar 22.01.2016 UB 10 - LIMES

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Vertiefendes Seminar zur Vorlesung Biochemie I
22.01.2016
Bearbeitungg Übungsblatt
g
10
Gerhild van Echten-Deckert
Fon. +49-228-732703
Homepage:
http://www.limes-institut-bonn.de/forschung/arbeitsgruppen/unit-3/
Aufgabe 1
Glyoxalat-Zyklus
• Ermöglicht die Synthese von Glukose aus Acetyl-CoA
• in Pflanzen, Pilzen, Mikroorganismen
• Erzeugung von Zucker aus gespeichertem Fett zur Keimun
• eigenes
i
O
Organell:
ll Glyoxisom,
Gl
i
verwandt
dt zum Peroxisom
P
i
• verwendet auch Enzyme des Citrat-Cyclus
• benötigt
g zwei zusätzliche Enzyme
y
•
Isocitrat-Lyase
• Malat-Synthase
• Anwesenheit
A
h it des
d Glyox.-C.
Gl
C iin Säugetieren
Sä
ti
i t umstritten
ist
t itt
2
Christoph Thiele / Biochemie 1 / WS2015/16
Gluconeog. Cytopl.
Glyoxalat-Zyklus
Glyoxalat-C.
Glyoxisom
•
•
•
•
•
•
Citrat-C. Mito.
•
ICL erzeugt Succinat
S i undd Glyoxalat
Gl
l
Succinat wird in Mito. transportiert
Succinat  Oxaloacetat
Oxaloacetat
O
a oacetat  G
Glukoneogenese
u o eoge ese
Glyoxalat + AcCoA erzeugen Malat
(Malat-Synthase)
Isocitrat wird aus Malat regeneriert
Die Decarboxylierungen des Citrat.-C
werden umgangen
3
Glyoxalat-Zyklus: Organisation
Glyoxisome
y
Eastmond & Graham, TRENDS in Plant Science, Vol.6 No.2 February 2001
4
Christoph Thiele / Biochemie 1 / WS2015/16
Glyoxalat-Zyklus
Bilanz
4 x Ac-CoA + 2 FAD + 4 NAD+  2 PEP + 2 CO2 + 4 NADH + 2 FADH2 + 2 CoA
2 PEP + 2 NADH + 2 ATP  Glukose + 2 NAD+ + 2 ADP
4 Ac-CoA + 2 ATP + 2 NAD+ + 2 FAD  1 Glukose + 2 NADH + 2 FADH2 + 2 ADP + 2 CoA + 2 CO2
5
Glyoxalat-Zyklus: gesamte C-Bilanz
4 Ac-CoA + 2 ATP + 2 NAD+ + 2 FAD  Glukose + 2 NADH + 2 FADH2 + 2 ADP + 2 CoA + 2 CO2
nur C
C-Bilanz,
Bilanz und x 4 ergibt:
Fettsäure beta-Oxidation:
16 Ac-CoA
Ac CoA  4 Glukose + 8 CO2
2 Palmitat  16 Ac-CoA
F tt ä bi
Fettsäurebiosynthese
th
(komplexe
(k
l
Rechnung,
R h
siehe
i h BC 2 slide
lid 119)
9 Glukose  2 Palmitat + 22 CO2
kkompletter
l tt Zyklus:
Z kl
Glukose
Gl k
(aus
(
Photosynthese)
Ph t
th
)  Fettsäure
F tt ä
(im
(i Samen)
S
)  Acetyl-CoA
A t l C A  Glukose
Gl k
(während der Keimung für Zellwandsynthese etc.)
9 Glukose  4 Glukose + 30 CO2 (+
Reduktionsequivalente / ATP)
6
Christoph Thiele / Biochemie 1 / WS2015/16
Aufgabe 2
Penicilline greifen im Bereich der Zellteilung in den
Stoffwechsel der Bakterien ein und blockieren die Synthese
der bakteriellen Zellwand: Der Beta-Lactam-Ringg der meisten
Penicillin-Antibiotika öffnet sich im Zytosol des exponierten
Bakteriums und bindet in der geöffneten Form an das
bakterielle Enzym D-Alanin-Transpeptidase. Auf diese Weise
kann dieses Enzym nicht mehr die Alaninreste der Zellwand
verknüpfen das befallene Bakterium stirbt dadurch schließlich
verknüpfen,
ab.
Durch die Wirkungg im Bereich der bakteriellen Teilungsphase
gp
ist eine gleichzeitige Gabe von teilungshemmenden
sogenannten Bakteriostatika kontraindiziert.
Tetracyclin verhindert die Anlagerung von
Aminoacyl-tRNA
y
an dierRNA in der 30-SUntereinheit des Bakterien-Ribosoms. Dadurch
wird die Translation und letztlich die
Proteinbiosynthese gestoppt.
DieToxizität könnte auf eine Inaktivierung der 30S Ribosomen der in den eukaryotischen Wirtszellen
S-Ribosomen
vorhandenen Mitochondrien zurückzuführen sein.
Ciprofloxacin ist ein synthetisches Antibiotikum mit
breitem Wirkspektrum aus der Gruppe der
Fluorchinolone. Die Substanz wurde 1981 von der Firma
Bayer entwickelt und 1983 patentiert. [7][8] Antibiotika
dieser Gr
Gruppe
ppe hemmen die Gyrase
G rase von
on Bakterien und
nd
damit ihre DNA-Replikation und ihre Zellteilung. Sie
wirken dadurch bakterizid, und zwar vor allem gegen
gramnegative Keime.
Aufgabe 3
Folgende
o ge de Mechanismen
ec a s e werden
we de zur
u Erklärung
ä u g de
der preferential
p e e e t a exclusion
e c us o herangezogen
e a ge oge [56-59]:
[56 59]:
1. Das Protein verhält sich inert. Die Interaktion zwischen Protein und Hilfsstoff werden einzig durch die
Beschaffenheit der Hilfsstofflösung beeinflusst.
2 Infolge unterschiedlicher Größe von Hilfsstoffmolekül und Wasser können die kleinen Wassermoleküle
eine
i dichtere
di ht Oberflächenbedeckung
Ob flä h b d k
am Protein
P t i erreichen
i h als
l die
di größeren
öß
Hilf t ff l kül Es
Hilfsstoffmoleküle.
E liegt
li t ein
i
sterischer Ausschluss der Hilfsstoffmoleküle vor.
2 Durch den Hilfsstoffzusatz wird die Oberflächenspannung der Lösung verändert. An der Grenzfläche zum
hydrierten
y
Protein werden die Hilfsstoffmoleküle bevorzugt
g ausgeschlossen,
g
, und es kommt zu einer
Ungleichverteilung in der Lösung. Die native Form des Proteins wird durch Hilfsstoffzusatz stabilisiert,
welche die Grenzflächenspannung von Wasser erhöhen.
2. Die chemische Eigenschaft der Proteinoberfläche bestimmt die Anziehung oder Abstoßung zwischen
P t i undd Hilfsstofflösung.
Protein
Hilf t fflö
2 Durch Abstoßung der Hilfsstoffmoleküle von der Proteinoberfläche aufgrund gleicher Ladungen steht an
der Proteinoberfläche mehr Platz für Wassermoleküle zur Verfügung. Das Protein wird bevorzugt hydratisiert
und die native Struktur durch ppreferential exclusion stabilisiert.
2 Hilfsstoffe wie Glycerol werden wegen eines solvophoben Effektes von der Proteinober- fläche
ausgeschlossen. Der Kontakt zwischen den unpolaren Regionen des Proteins und der Glycerol-WasserMischung ist entropisch noch ungünstiger als der Kontakt mit Wasser. Aus diesem Grund entfernen sich
Gl
Glycerolmoleküle
l l kül von der
d Proteinoberfläche
P t i b flä h und
d hi
hinterlassen
t l
eine
i mit
it Wasser
W
angereicherte
i h t
Proteinoberfläche. Glycerol zeigt dieses Verhalten, obwohl es eine Affinität zu polaren Regionen der Proteine
aufweist.
S.N.Timasheff, Stabilization of protein structure by solvent additives, Pharm.Biotechnol.,
Vol.3, Stab. Prot. Pharm., Part B, 1992, p.265-285.
Zusatz von Glycerol. Bei vielen Proteinen führt der Zusatz von
Gl
Glycerol
l (bis
(bi zu 50 % w/v)
/ ) zu längerer
lä
Haltbarkeit
H ltb k it bei
b i tiefen
ti f
Temperaturen, vor allem, weil Glycerol/Proteingemische auch bei
tiefen Temperaturen nicht einfrieren.
einfrieren Glucose,
Glucose Saccharose,
Saccharose
Fructose und Sorbitol scheinen einen ähnlichen Effekt auf die
Stabilität eines Proteins in Lösung zu haben
Kohlenhydrate 1: Grundbegriffe
D-Glucose = Aldose
D-Fructose = Ketose
Mutarotation
Anomerie
D-Glc
D-Glc
Pyranose
Epimerie
D-Fru
Furanose
D-Gal
D-Man

D Man
Christoph Thiele / Biochemie 1 /
WS2015/16
13
Kohlenhydrate 2: Verknüpfung und Modifikation
•
•
D-Gal--(1–>4)--D-Gal
ein freies anomeres Zentrum
•
•
D-Glc--(1–>2)--D-Fru (Saccharose)
kein freies anomeres Zentrum
•
Gleichgewicht mit offener Form
•
kein Gleichgewicht mit offener Form
•
reduzierender Zucker
•
nicht reduzierender Zucker
•
Bildung
g von Schiffbasen mit Proteinen
•
keine Bildung
g von Schiffbasen mit Proteinen
Glucose
Gluconsäure
Gluconate: gute
Gegenionen für Metalle
Glucuronsäure
statt sulfatierter Zucker
in vielen Glykanen
Konjugation
Christoph Thiele / Biochemie 1 / WS2015/16
Glucitol = Sorbitol
Konservierungsmittel
gut gegen Karies
14
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