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