Biochemie: Propädeutikskript

propädeutische Einführung
Dozent :
Datum :
Hr. Breter
03.11.98
essentielle Nahrungsmittel sind : Aminosäuren
Vitamine
Mineralstoffe
Fettsäuren
Elemente (O2)
Wasser
Definition:
Essentielle Nahrungsbestandteile sind Stoffe, die der Körper nicht selbst synthetisieren
kann, aber benötigt und daher von außen zufügen muß.
Kohlenhydrate [ Cn (H2O)n] Eselsbrücke
KH sind Substanzen mit mehreren OH-Gruppen. Man könnte auch sagen Polyhydroxyaldehyde / - ketone.
Klassifizierung
Triosen
Tetrosen
Pentosen
Hexosen
Heptosen
C3
C4
C5
C6
C7
sehr speziell
Vorkommen in Nukleinsäuren
sehr speziell
Klasse
Triose
Triose
keine Triose, wird aber
meist dazu gezählt
ihr fehlt die Aldehydoder Ketongruppe
Strukturformel / Name
HO-CH2
|
C=O
|
HO-CH2
CH3
|
C=O
|
CH3
Dihydroxyaceton
Aceton
O=CH
|
HO-CH
|
HO-CH2
HO-CH2
|
HO-CH
|
HO-CH2
Glycerinaldehyd
Glycerin
O=C-OH
|
HO-CH
|
HO-CH2
Glycerinsäure / Glycerat
Biochem Propaedeutik
Verwandte
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Pentosen
H–C=O
|
H – C – OH
|
H – C - OH
|
H – C – OH
|
H – C – OH
|
H
H – C1 = O
|
H – C2 – H
|
H – C3 - OH
|
H – C4 – OH
|
H – C5 – OH
|
H
Ribose (Aldehyd)
H2C - OH
|
C=O
|
H – C - OH
|
H – C – OH
|
H – C – OH
|
H
2 – Desoxy - Ribose
Ribulose (Keton)
Hexosen
Beziehung
Strukturisomerie
bei gleicher Summenformel (hier: C6 H12 O6)
sind es doch unterschiedliche Stoffe
Enantiomerie
beide Moleküle stehen in der Beziehung von Bild und
Spiegelbild
Ausschlaggebend für die Benennung nach D oder L ist die
Position der OH –Gruppe des am weitesten von der
höchstoxidierten Gruppe entfernten C – Atoms
d -> dexter -> rechts
l -> links
Beispiele
HC = O
|
C – OH
|
HO – C
|
C – OH
|
C – OH
|
CH2 OH
CH2 OH
|
C=O
|
HO – C
|
C – OH
|
C – OH
|
CH2 OH
Glucose
Fructose
HC = O
|
C – OH
|
HO – C
|
C – OH
|
C – OH
|
CH2 OH
HC = O
|
HO - C
|
C - OH
|
HO - C
|
HO - C
|
CH2 OH
D - Glucose
Epimerie
beide Moleküle unterscheiden sich
in der Lage von nur einer OH – Gruppe
D – Galaktose heißt dann C4 – Epimer zur D – Glucose
D – Mannose ist C2 – Epimer zur D - Glucose
L - Glucose
HC = O
|
C – OH
|
HO – C
|
C – OH
|
C – OH
|
CH2 OH
HC = O
|
C – OH
|
HO – C
|
HO - C
|
C – OH
|
CH2 OH
D - Glucose
Anomerie
beide Moleküle unterscheiden sich in der Lage
der OH – Gruppe am endständigen C – Atom, das die
intramolekulare Halbacetalbildung durchführt
H
D - Galaktose
OH
C
|
C – OH
|
HO – C
|
C – OH
|
C
|
CH2 OH
HO
O
α - D - Glucose
Grundformen:
1.
O
Pyran
Biochem Propaedeutik
H
C
|
C – OH
|
HO – C
|
C – OH
|
C
|
CH2 OH
β - D - Glucose
2.
O
Furan
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O
Hexosen in der Halbacetalform – Ringdarstellung
Das O befindet sich immer rechts oben, das im folgende C-Atom im Uhrzeigersinn ist C1.
Alle sich rechts befindlichen OH-Gruppen stehen nun unten, alle linken demzufolge oben.
C6 steht bei der D – Reihe also immer oberhalb von C5, bei der L – Reihe unterhalb von C5.
Steht die OH – Gruppe von C1 unten, handelt es sich um ein α - Molekül, für ein β - Molekül stünde sie oben.
Pyranosen
Furanosen
CH2OH
CH2OH
O
5
O
OH
OH
4
OH
1
OH
OH
3
O
CH2OH
OH
OH
OH
OH
2
OH
OH
α - D – Glucose
α - D – Galactose
OH
α - D - Fructose
OH – Gruppen
Alkoholische
Unterscheidung in Primäre
-> oxidieren / dehydrieren -> Aldehyde
Sekundäre
-> oxidieren / dehydrieren -> Ketone
Tertiäre
Oxidation nicht ohne Zerstörung des Moleküls möglich
Reaktionsfreudigkeit:
gering
Alkoholische im Cycloalkan
= OH - Gruppe
Halbacetalische
Reaktionsfreudigkeit:
H
OH
|
|
H–C–O–C–
|
|
Phenolische
Reaktionsfreudigkeit:
gut, wirken reduzierend
gut, reagieren sauer, da sie zur Dissoziation neigen
Reaktionen von Alkoholen / Aldehyden / Carbonsäuren
1.
2.
3.
4.
5.
6.
CH2OH
Alkohol + Alkohol
Aldehydhydrat + Alkohol
Carbonsäure + Alkohol
Aldehydhydrat + Aldehydhydrat
Carbonsäure + Aldehydhydrat
Carbonsäure + Carbonsäure
Biochem Propaedeutik
->
->
->
->
->
->
Ether + Wasser
C–O–C
Halbacetal + Wasser
CHOH – O – C
Ester + Wasser
C – CO – O – C
unwichtig
unwichtig
O
O
Säureanhydrid + Wasser C – O – C
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OH
Kohlenhydrate II
Datum: 10.11.98
Dozent: Hr. Breter
OH
|
-C|
-C|
|
-C|
-C|
Alkan
Alkohol
O
||
-C
|
-C|
O
||
C -OH
|
-C|
OH
|
-C -OH
|
-C|
Aldehyd
Carbonsäure
Aldehydanhydrat
C
|
N–C
|
C
|
C – N+ – C
|
Wichtige Funktionelle Gruppen
1.
Aminogruppe
NH2
|
Aminogruppe
C
C
sek. Amin
tert. Amin
(di – methyl – amin)
prim. Amin
2.
HN – C
|
C
quat. Amin (tetra – methyl – ammonium)
Thioalkohol
C – S – H Thioalkohol
3.
Säureamide
O
||
- COOH + H2N – C -
4.
Thioester
- C – N – CH2 |
H
O
||
- COOH + HS – CH3
Thiol
5.
->
->
- C – S – CH3
sind im Gegensatz zu Estern energiereich
Peroxide
O–O–H
|
-C–C-
6.
cyclische Schwefelverbindungen
Biochem Propaedeutik
S
S
Thiophan
Thiophen
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7.
cyclische Stickstoffverbindungen
N
N
|
H
N
|
H
Pyrrol
N
N
Imidazol
N
N
N
N
N
Pyrimidin
Pyradin
N
Purin
Indol
Kohlenhydrate – Vollacetale – Saccharide
Zucker : KH, die in wässriger Lösung Cyclo-Halbacetale bilden
CH2OH
CH2OH
O
5
O
OH
OH
4
1
OH
OH
OH
3
O
CH2OH
OH
OH
OH
CH2OH
OH
OH
2
OH
OH
α - D – Glucose
α - D – Galactose
OH
α - D – Fructose
Vollacetalbildung (analog Vollketalbildung)
CH2OH
O
5
OH
1
4
OH
O-
OH
3
R
R ist in der Regel kein Nichtzuckeralkohol (=Aglucon) gewesen
2
OH
1. Reaktionen mit OH – Gruppen
1.1. Alkoholische
1.2. Halbacetalische (beide Halbacetal – OH – Gruppen reagieren miteinander)
Disaccharid
Glucose + Glucose = Trehalose
wirken nicht reduzierend, weil eine HA-OH mehr da ist
-- OH HO--
1.3. Halbacetalische (es reagiert eine Halbacetal – OH – Gruppe mit einer beliebigen
OH – Gruppe des Halbacetals)
Polysaccharid
Glucose + Glucose + Glucose + ... = Maltose
wirkt immer wieder reduzierend
--OH
Biochem Propaedeutik
--OH
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Bildung von Maltose (Malzzucker) mit Strukturformeln
CH2OH
CH2OH
O
5
O
OH
OH
1
4
O
OH
OH
3
OH
OH
2
OH
OH
α - 1,4 – Glycosilische Bindung
kann zum Polysaccharid werden
α - D – Glucopyranosido – 1,4 - α - D – Glucopyronose
drückt oxidiertes HA-OH aus
drückt unversehrtes HA-OH aus
Makromolekülform des Polysaccharids:
Glycogen, Stärke
eine Schleife enthält 6 Glucose – Moleküle
diese Struktur ist gut abbaubar im Körper
Macht man die selbe Reaktion mit β - Glucose entsteht Zellulose. Deren Struktur ist gerade, sie ist im
Körper nicht abbaubar. Dafür eignet sie sich aufgrund ihrer Struktur hervorragend zum Abstützen von
Pflanzen.
Bildung von Lactose (Milchzucker)
CH2OH
CH2OH
O
5
OH
O
OH
OH
4
1
OH
3
O
OH
OH
2
OH
OH
β - D – Galactose
α - D – Glucose
β - D- Galactopyranosido – 1,4 - α - D – Glucopyranose
Bildung von Saccharose (Rohrzucker, Rübenzucker)
Damit die beiden HA-OH
miteinander reagieren können,
OH
muß man die Fructose
drehen.
CH2OH
O
1
O
CH2OH
OH
5
2
O
OH
OH
3
OH
α - D – Glucose
α - D – Glucopyranosido – 1,2 - β - D – Fructofuraosid
Biochem Propaedeutik
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6
CH2OH
4
OH
β - D – Fructose
2.
Reaktionen mit NH – Gruppen (N - Glycosilisch)
nur in Nucleinsäuren
Nucleotiden
es reagieren immer β - Ribose und eine Base
NH2
N
N
Adenin
N
CH2OH
N
O
Adenosin
Ribose
OH
OH
Exkurs zu energiereichen Verbindungen
[1] Säureanhydride
- Phosphorsäureanhydride
Metaphosphat
Pyrophosphat
Diphosphat
O
O
||
||
O- - P – O – P – O|
|
OO-
reiner Phosphorsäureanhydride
unreine Phosphorsäureanhydride:
Phosphorsäure – Carbonsäure – Anhydrid
Phosphorsäure – Schwefelsäure – Anhydrid
O
O
||
||
O- - P – O – C – R
|
O-
O
O
||
||
O- - P – O – S = O
|
|
OO-
[2] Thioester
O
||
R – CH2 – C – S – CH2 – R
[3] Phosphoenolester
O
||
C – OH O
|
||
C – O – P – O||
CH2
Phosphorester sind i. d. R. nicht energiereich
[4] P / N – Bindungen
CH2 – COOH O|
|
CH3 – N – C – NH – P = O
||
|
NH
O-
Biochem Propaedeutik
Kreatinphosphat (alles)
Guanodini - Essigsäure
Imino - harnstoff
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NH2
|
C=O
|
NH2
Harnstoff
Aminosäuren
Datum: 18.11.98
Dozent: Hr. Breter
Oxidationsprodukte aus Kohlenhydraten:
H O
\ //
C
|
C – OH
|
HO – C
|
C – OH
|
C – OH
|
CH2OH
Oxidation
D – Glucose
Aldose (weil Aldehyd)
HO O
\ //
C
|
C – OH
|
HO – C
|
C – OH
|
C – OH
|
CH2OH
D – Gluconsäure
an C1 oxidiert
H O
\ //
C
|
C – OH
|
HO – C
|
C – OH
|
C – OH
|
O = C - OH
oder
D – Glucuronsäure
an C6 oxidiert
Einsatz zur Synthese von
Glucosaminoglycanen
(Aminozuckerpolymere)
Aminozuckergrundmolekül:
CH2OH
O
5
Die NH2 – Gruppe (Aminogruppe) befindet sich
immer an dieser Stelle, nur die Art des Zuckers
kann variieren.
OH
1
4
OH
OH
OH
Hier handelt es sich um ein D - Glucosamin
2
3
NH2
Vorgehensweise:
aktivierte Glucose:
O
||
N
CH2OH
O
5
OH
1
4
OH
OH
3
O
2
OH
O
O
||
||
-- O – P – O – P – O
|
|
OOPhosphatsäureanhydridbindung
//
O
-- CH2
OH
N
O
OH
An C1 von Glucose wird ein Phosphatrest an
die Halbacetalgruppe angehängt (Glucose-1Phosphat). Der andere Reaktionspartner,
Uridin, besteht aus dem Pyrimidinderivat
(Cycloamid) Uracil und der Ribose. Er liegt
als Uridintriphosphat in einem Gleichgewicht
vor. In der Lösung gibt es nun also neben
Uridintriphosphat (UTP) auch dessen Edukte
Uridinmonophosphat (UMP) und
Pyrophosphat. In der Zelle aber wird
Pyrophosphat zersetzt und damit aus dem
Gleichgewicht entfernt. die Spaltung von
UTP in UMP und Pyrophosphat ist
irreversibel.
Das Glucose-1-Phosphat reagiert über eine
Phosphatsäureanhydridbindung mit UMP zu
Uridindiphosphatglucose (UDP-Glucose). Das
ist aktivierte Glucose.
GTP (Guanintriphosphat) aktiviert Mannose
CTP (Cytosintriphosphat) wichtig im Peptidstoffwechsel
UTP (Uridintriphosphat) aktiviert den Rest
Begriffe:
Homoglycane
Heteroglycane
Cellulose
Dextrine
Glycogen
Polymere aus einem Monosaccharid
Polymere aus verschiedenen Monosacchariden Glycosaminglucane
pflanzl. Polysaccharid, β 1-4 Bindungen mit β 1-6 Verzweigungen
Glucose, β 1-4 Bindungen, nicht abbaubar
tierisch, α 1-4 glucosilische Bindungen, α 1-6 Verzweigungen
Biochem Propaedeutik
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Eine absolut stickstofffreie Ernährung führt zu einem Stickstoffverlust von 2 – 3 g / Tag im Körper. Da Proteine
zu ca. 16% aus Stickstoff bestehen, sind diese 2 – 3 g / Tag 16% des täglichen Proteinverlustes.
ohne Stickstoff verlieren wir 12 – 20 g Proteine / Tag
Verlust über
- Haare (fallen aus) und Hautschuppen
- Urin (Harnsäure, Harnstoff und Kreatin)
- Darm
Um den Proteinverlust auszugleichen muß man ca. 0,5 g Proteine / kg Körpergewicht / Tag zuführen. Also bei
einer 70 kg schweren Person 30 . 35 g Protein / Tag. Die Differenz zwischen der benötigten und der errechneten
Menge hängt damit zusammen, daß der Körper bei Proteinzufuhr auch mehr Proteine verbraucht (spezifische
dynamische Wirkung der Proteine).
Die wünschenswerte Bilanz sind nach der deutschen Gesundheitsdefinition 0,8 – 1 g /kg Körpergewicht / Tag,
davon 40% tierisches und 60% pflanzliches Eiweiß.
Definition:
Aminosäuren sind ein KW-Gerüst mit einer Säuregruppe (normalerweise –COOH) und einer NH2 – Gruppe.
Aminosäuren sind die Bausteine der Proteine.
es gibt
60 – 80 Aminosäuren im Organismus, davon
35
im intermediären Stoffwechsel und davon
20
proteinogene (proteinaufbauend)
Die Proteine werden zwar aus nur 20 AS synthetisiert, aber während sie „reifen“, werden sie mit verschiedenen
Gruppen versehen. Untersucht man also fertige Proteine, finden sich mehr als 20 Bausteine.
Aufteilung der AS:
in essentielle / nicht essentielle AS (es gibt 11 nicht ess. und 9 AS, die der Körper zwar dringend benötigt,
aber nicht selbst synthetisieren kann)
in glucogene / ketogene AS (16 AS, bei deren Abbau Glucosestrukturen freigesetzt werden und 4 AS, bei
deren Abbau Acetoaldehyde (aktivierte Essigsäure) entsteht.)
Nomenklaturregeln, Namengebende Säuren
essentielle AS sind alle verzweigten Moleküle, cyclische Moleküle (soweit sie nicht aus anderen ess. AS
synthetisiert werden können) und Moleküle mit Thioesterbrücken. Kennzeichen:
saure AS sind solche mit zwei oder mehr Säuregruppen
Namen sind manchmal an die alte Nomenklatur angelegt. Dort wurde das höchstoxidierte C-Atom (meist
COOH) mit 1, das zweite dann mit 2 oder α, das dritte mit 3 oder β, das vierte mit 4 oder χ und das letzte
immer mit omega bezeichnet.
D und L bezeichnen wie gewohnt rechts und links, beziehen sich hier auf die Lage der NH2 –Gruppe
bei cyclischen AS geben o, m, p (ortho, meta, para) Stellungen am Ring an ( o = 12 Uhr, m = 2 Uhr, p = 4
Uhr)
Homologe Reihe der Carbonsäuren
C1
Ameisensäure
C2
Essigsäure
C3
Propionsäure
Buttersäure
C4
C5
Valeriansäure
C6
Capronsäure
ein Beispiel einer nicht protogenen AS:
Ornithin
COOH
|
NH2 – CH
|
(CH2)3
|
NH2
Biochem Propaedeutik
HOOC – COOH
HOOC – (CH2)1 – COOH
HOOC – (CH2)2 – COOH
HOOC – (CH2)3 – COOH
HOOC – (CH2)4 – COOH
HOOC – CH = CH – COOH
Carbaminsäure (instabil
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Oxalsäure
Malonsäure
Bernsteinsäure, Salze: Succinate
Glutarsäure
Adipinsäure
(cis) Maleinsäure
(trans) Fumorsäure
CO2 + NH3)
COOH
|
NH2
Proteinogene Aminosäuren:
O OH
\\ /
C
|
H2N – C – H
|
H
Glycin
O OH
\\ /
C
|
H2N – C – CH
|
CH – CH3
|
C2 H5
isoLeucin
O OH
\\ /
C
|
H 2N – C – H
|
(CH2)2
|
S – CH3
Methionin
O OH
\\ /
C
|
H 2N – C – H
|
(CH2)2
|
O = C – NH2
Glutamin
COOH
|
H – C – NH2
|
O OH
\\ /
C
|
H 2N – C – H
|
CH
/ \
CH3 CH3
O OH
\\ /
C
|
H 2N – C – H
|
CH3
Alanin
L - α - Propionsäure
Valin
L - α - isoValeriansäure
O OH
\\ /
C
|
H 2N – C – H
|
CH – OH
|
CH3
O OH
\\ /
C
|
H 2N – C – H
|
CH2OH
Serin
O OH
\\ /
C
|
H 2N – C – H
|
(CH2)2
|
COOH
Aminoglutarsäure
Glutaminsäure
Lysin
Cystein
Asparaginsäure
Asparagin
Säureamid
O OH
\\ /
C
|
H 2N – C – H
|
CH2
|
Phenylalanin
COOH
N
-CH2 – CH – COOH
|
NH2
NH
|
OH
Biochem Propaedeutik
O OH
\\ /
C
|
H 2N – C – H
|
CH2
|
O = C – NH2
Arginin
COOH
|
H – C – NH2
|
CH2
N
|
Histidin
Thyrosin
p - Hydroxiphenylalanin
Leucin
L - α - isoCapronsäure
O OH
\\ /
C
|
H 2N – C – H
|
CH2
|
SH
Threorin
O OH
\\ /
C
|
H 2N – C – H
|
CH2
|
COOH
O OH
\\ /
C
|
H 2N – C – H
|
(CH2)3
|
NH
|
NH2 – C = NH
O OH
\\ /
C
|
H 2N – C – H
|
(CH2)4
|
NH2
O OH
\\ /
C
|
H 2N – C – H
|
C2H3
/ \
CH3 CH3
NH
Prolin
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Tryptophan
Aminosäuren II
Datum: 24.11.98
Dozent: Hr. Breter
Verdauung der Proteine (Aufspaltung in die Aminosäuren)
durch Endopeptidasen (Angriff auf die Enden des Moleküls)
Pepsin (Magen)
Trypsin (Pankreas)
Chymotrypsin (Pankreas)
durch Exopeptidasen (Angriff in der Mitte des Moleküls)
Carboxypeptidase (Pankreas)
Aminopeptidase (Dünndarm)
Oligopeptidase (Dünndarm)
Dipeptidase (Dünndarm)
Verkettung der AS im Protein
O
||
O H C - ...
|| | |
H2N – C – N - CH
|
|
CH
R
|
R
Säureamidbindung
im Aminosäurenzusammenhang auch Peptidbindung
Die Leber ist das zentrale Organ der Aminosäuren – Verwaltung. Sie reguliert den AS – Pool. Im Pool befinden
sich alle freien AS des Organismus, das sind ca. 70 g. Täglich werden ca. 300 g Proteine synthetisiert und wieder
abgebaut. Die Leber entscheidet darüber, welche AS abgebaut werden und wie die Zusammensetzung des Pools
ist. Da es eigentlich keine Speichermöglichkeiten für freie AS gibt, müssen die essentiellen ständig zugeführt
werden.
Proteine
Synthesen
HÄM
Purine
Kreatin
AS - Pool
Abbau
Überschuß
Hormone
Schilddrüsenhormon T3 und T4
Adrenalin
biogene Amine
AS - Decarboxylierung
ABBAU DER AMINOSÄUREN
Einführung in Enzymgestalt
Verhalten von Doppelbindungen beim Hydrieren
Butadien
CH2 = CH – CH = CH2
Buten
CH3 – CH = CH – CH3
Biochem Propaedeutik
+
H2
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FAD (Flavin Adenin Dinucleotid)
(nützlich zum AS Abbau mit Desaminierung)
O
||
CH2
N
N
CH2
N
N
\\
O
N
|
CH2
|
(CHOH) O
|
||
CH2 – O – P – O –
|
Obis hier: Vitamin B2
N
CH2 OH
Bei Aufnahme von H2 wird FAD zu
FAD H2.
Dies geschieht (wie bei Buten) über
eine 1 – 4 Addition an den Stickstoff:
N
N = C – C = N + H2
NH – C = C – NH
N
OXIDASE
O
OH
OH
NAD (Niacinsäureamid Adenin Dinucleotid)
(arbeitet intramitochondrial)
Nicotinsäure (mit OH)
mit NH2 Nicotinsäureamid, Niacinamid (spez. für B – Vitamine)
H
C=O
\
OH o. NH2
N
N
N
O
O
||
||
CH2 – O – P – O -– P – O –
|
|
OO-
OH
NAD bindet H2, indem es
NH2
OH
bis hier
NMN
Nicotin
Mono
Nucleotid
N
CH2 OH
OH
H2
H- spaltet.
(Diese Reaktion heißt Disoppositionierung,
es entsteht ein Proton und ein Hydridion.)
Das Hydridion wird am Pyridin – Ring
angelagert (siehe rote Veränderung), was ein
Umklappen der e-Bindungen zur Folge hat.
(das untere N war ursprünglich positiv).
Die Reaktion lautet also
N
O
O
|
O- - P = O
|
O-
H+ +
NAD+ + H2
NADH + H+
DEHYDROGENASE
NADP
Aminosäurenstoffwechsel
1) Genereller Angriff auf N
a) Desaminierung (Energieverlust)
I)
oxidative Desaminierung
II)
eliminierende Desaminierung
III)
Desaminierung nach β - Elimination
NH3 Freisetzung
b) Transaminierung
2) Genereller Angriff auf C- Skelette (Energiegewinn)
Biochem Propaedeutik
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toxisch
sofortiger Abbau nötig
geschieht fast nie in der
Peripherie
oxidative Desaminierung
Produkt ist eine α - Ketosäure und NH3
COOH
|
H2N – CH
|
R
Aminosäure
COOH
|
C = NH
FAD
reversibel
FADH2
+ H2 O
|
irreversibel
R
Imidazolsäure
COOH
|
C = O + NH3
|
R
α - Ketosäure
FADH2 + O2
Substratwasserstoff
H2O2 (Peroxidasen, Katalasen zerstören dieses Zellgift, energieverbrauchend)
Sonderfall: oxidative Desaminierung mit NAP+
COOH
|
H2N – CH
|
(CH2)2
|
COOH
Glutaminsäure
COOH
NAD+
NADH + H+
reversibel
|
C = NH
|
(CH2)2
|
COOH
COOH
Glutaminsäuredehydrogenase
+ H2 O
reversibel
|
C = O + NH3
|
(CH2)2
|
COOH
in den Lebermitochondrien kann NH3 abgebaut und NADH + H+ zu H2O unter
Energiegewinn oxidiert werden (ATP – Synthese). Durch Entfernung von NH3 aus dem
Gleichgewicht findet die Reaktion trotz ungünstiger Gleichgewichtslage vollständig statt.
eliminierende Desaminierung
Produkt ist ein KW mit trans – Doppelbindung und NH3
COOH
COOH
AS – NH3 Lyase
|
|
H2N – CH
CH
+ NH3
|
||
HC
CH2
|
|
COOH
COOH
Asparaginsäure
Fumurat
COOH
|
H2N – CH
|
CH2 N
|
Histidin
Biochem Propaedeutik
NH
AS – NH3 Lyase
COOH
|
CH
+ NH3
||
HC N
|
NH
Urocaninsäure
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Desaminierung nach β - Elimination
Produkt ist α - Ketosäure und NH3
COOH
|
H 2N – C – H
|
H2Cβ - OH
o. SH
Serin / Cystein
COOH
|
NH2 – C
||
Dehydratasen
CH2
COOH
|
C = NH
|
CH3
H2O o. H2S
Desulfhydrasen
instabil
COOH
|
C=O
|
CH3
+ H2 O
Iminosäure
+ NH3
Brenztraubensäure
Bindung des NH3
da Ammoniak das Produkt jeder Desaminierung ist, interessiert auch sein Abbau. Der geschieht z.B.
durch Glutaminsäure und ATP.
COOH
|
H2N – CH + ATP
|
(CH2)2
|
COOH
Glutaminsäure
oxidative Desaminierung
eliminierende
Desaminierung
Desaminierung nach β Elimination
Biochem Propaedeutik
COOH
|
Glutaminsynthetat
H2N – CH
|
(CH2)2
|
C
// \
O O~P
energiereich
Enzym
D – AS – Oxidasen
FAD – abhängig
GLDH – Reaktion
NAD+
AS – Ammoniak –
Lyasen
[Serin] & Threorin –
Dehydratasen und
Desulfhydrasen
COOH
|
H2H – CH + ADP + P
|
(CH2)2
|
C
// \
O NH2
ehemaliges NH3
χ - Carbonyl amidiert
Produkte
H2O2 + α - Ketosäure + NH3
Reversibilität
nein
H2O (ATP !) + NH3 + α Ketoglutaminsäure
ungesättigte Doppelbindung in
trans + NH3
H2O oder H2S + α - Ketosäure
+ NH3
ja
Seite 14 von 30
nein
nein
Datum: 01.12.98
Transaminierung (Abbaureaktion für AS, reversibel)
COOH
|
R–C–H
|
NH2
H 3C
H2 C- OH
|
CH2OH Phosphat
\
/
HO
N
COOH
|
R–C–H
|
N
||
CH
H 3C
|
CH2O-P
\
/
COOH
|
R–C
||
N
|
CH
H 3C
||
CH2O - P
\
/
N
Schiff’sche Base
Aldimin
HO
Pyridoxin (gelangt in katalytischen
Mengen in die Zelle [=Vitamin B6,
Bedarf: 2 mg / die] und wird dort
aktiviert zu Pyridoxalphosphat)
Pyridoxalphosphat liegt in zu geringen
Mengen für den gesamten Körperbedarf vor, muß also wiedergewonnen
werden.
Dies geschieht mit der Überführung von
Pyridoxamin – Phosphat zurück zu Pyridoxal –
Phosphat.
HO
+ H 2O
COOH
|
C=O
|
R
α - Ketosäure
CH3
\
HO
N
Ketimin
NH2
|
CH2
|
CH2O - P
/
N
Pyridoxaminphosphat (Co- Enzym)
Vorteil des ganzen: Übertragung der Aminogruppe
ohne NH3 - Freisetzung
Die Rückreaktion geschieht dann mit ganz bestimmten, reichlich vorhandenen a – Ketosäuren. Das hat
den Vorteil, das aus 20 verschiedenen AS in der Leber eine Verbindung resultiert (α-Keto-Glutarat). Im
Lebermitochondrium wird Pyridoxamin – P zu Pyridoxal – P überführt und dann mit der GLDH –
Reaktion (NH3 H2O unter Energiefreisetzung) zu Harnstoff synthetisiert.
α - Ketosäuren Galerie:
COOH
|
C=O
|
CH2
|
CH2
|
COOH
COOH
|
C=O
|
CH2
|
COOH
COOH
|
C=O
|
CH3
Pyruvat
Endprodukt im Glucoseabbau
Oxalessigsäure
α - Keto - Glutaminsäure
α - Keto – Glutarat (Salz)
Rückreaktion:
α - Keto – Gluterat
Biochem Propaedeutik
+ Pyridoxamin-P
Ketimin
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Aldimin
Pyridoxal-P + AS (
Abbau)
1. Muskulatur
Wenn im Muskel schnell Energie benötigt wird, kann der Muskel auch Aminogruppen auf Pyruvat
übertragen (die entsprechende AS ist Alanin). Pyrodoxal-P und Pyruvat wird an das Blut abgegeben
und in den Lebermitochondrien in Glutarat und Pyrodoxamin-P zurücküberführt. Dabei gewinnt der
Muskel nichts, da die Reaktion für ihn keine Energie bereitstellt. Aber in der Leber wird die AS
abgebaut und es entsteht Glucose, die dann den Muskeln über das Blut zur Verfügung steht.
2. Leber
diese Reaktion findet dauernd statt:
+B6
Glutaminsäure (GLU) + Oxalacetat
α - Keto – Glutarat + Asparaginsäure (ASP)
PALP
GLU + ASP = Harnstoff
Für die Reaktion ist eine Transaminase (hier: Glutaminsäureoxalacetattransaminase GOT)
erforderlich. In der Muskulatur und in der Leber wird Glutaminsäurepyrovattransaminase (GPT)
verwendet.
klinische Anwendung:
Messung des [S]GOT und [S]GPT – Spiegels um den regelrechten Abbau von AS zu kontrollieren
und so auf die Leberfunktion schließen zu können. ([S] = Serum)
Diese Stoffe werden freigesetzt, wenn Herzmuskelzellen (erhöhter [S]GOT – Spiegel (cor)) oder
Leberzellen (erhöhter [S]GPT – Spiegel (hepar) oder GLDH - Spiegel) Schaden erlitten haben oder
nekrotieren.
Physiologische L - α - AS werden in der Regel gar nicht desaminiert, D – α - AS dagegen sollen abgebaut
werden (sie sind Bakterienprodukte und kommen über Käse, Joghurt, .. in unseren Körper.)
Es gibt für diese AS im Körper kein Transportsystem, wenn sie doch in den Blutkreislauf gelangen, werden erst
teilweise in der Leber, aber vollständig in der Niere abgebaut.
Außer ihnen wird auch noch Glycin abgebaut, weil sie weder D noch L ist:
COOH
|
H2N – CH – H
In der Leber wird Harnstoff gebildet über die Aktivierung der Aminogruppe und Übertragung derselben auf
CO2. Dabei verbraucht die Bildung von 1mol Harnstoff 4 mol ATP. Beim Abbau von AS verlieren wir also
Energie, die sozusagen der Preis ist für die Entgiftung des Körpers.
physikalischer
Brennwert
4
9
6
Kohlenhydrate
Fette
Aminosäuren
O
||
H-N
O
//
N-H
=O
N
|
H
N
|
H
physiologischer
Brennwert in kcal/g
4
9
4
Purin
Harnsäure
kommt im Vogelstoffwechsel vor und ist wegen ihrer schlechten
Wasserlöslichkeit ideal für den Vogel, der mit einem wasserfreien
Stoffwechsel viel leichter lebt.
Beim Menschen sind Harnsäureablagerungen pathogen (
M (Harnstoff) = 60 g/mol, davon 28 g/mol Stickstoff (ca. die Hälfte)
in Proteinen ist ca. 16 % Amminostickstoff
also werden aus 100 g Proteinen (16 g N) ungefähr 32 g Harnstoff.
Biochem Propaedeutik
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Gicht)
Kreatin
CH2 – COOH
/
H 3C – N
O\
|
C – NH2 – P = O
||
|
NH
O-
Iminoharnstoff (Guanidium)
Kreatin
dient im Muskel als Kurzzeitenergiespeicher
Kreatinphosphat
Funktionsweise des Kurzzeitspeichers:
ADP + KP
ATP + K
wenn Kreatin freigesetzt wird, bildet es ein Lactam (inneres Säureamid) und wird zu Kreatinin.
H
|
H-C
C=O
Lactame sind wichtig u.a. in der Antibiotika-Herstellung (Penicillin
ist ein Lactam). Bakterien, die gegen Penicillin resistent sind, haben
β - Lactamase.
NH
CH3 - N
Der Kreatinspiegel sollte konstant sein, sein Ansteigen deutet auf
eine gequetschte, verbrannte, ... Muskulatur hin
C
||
NH
Proteine
Datum: 12.01.99
Dozent: Hr. Breter
Proteine sind Polyaminosäuren.
1.) Primärstruktur
= Aminosäurenfrequenz (genetische Determination)
Die Bindung der AS aneinander geschieht über Säureamidbindungen, die im Fall von Peptiden oder
Proteinen auch Peptidbindungen genannt werden dürfen. Diese Bindungen sind planar, da sie partielle
Doppelbindungen sind, also nicht frei drehbar sind (Keto – Enol – Tautomerie).
H O
H O
H OH
H O
_
| || _
|
||
_ |
|
|
||
H – N – C – C – N – Cα - C
H – N – C – C = N – Cα - C
|
|
|
|
|
R
H
R
R
R
2.) Sekundärstruktur
a) β - Faltblattstruktur mit einer all – trans Konfiguration der Reste, weil alle benachbarten Reste
zueinander in trans stehen
190°
Biochem Propaedeutik
Seite 17 von 30
b) α- Helix (3,6 AS / Umlauf, in der Mitte ist die Helix hohl und erinnert so an eine Flaschenbürste. Sie
beginnt immer an einer freien NH2 – Gruppe und endet mit einer freien COOH – Gruppe. Ihre Form
stabilisiert sie mit H – Brücken an den Überkreuzungspunkten [C = O *** H – N], wobei die AS1
mit AS4, AS4 mit AS7 Bindung eingeht.
Aufsicht:
NH2
c)
H – Brücke
Stabilisierung der Helix
durch H - Brücken
COOH
Tripelhelix des Kollagens
3.) Tertiärstruktur
meint die Lage der Sekundärstruktur im Raum. Sie wird stabilisiert durch
- H-Brücken
NH2
- Ionenbindungen
- schwachen Wechselwirkungen
random coil (Zufallsknäuel)
- kovalenten Disulfidbrücken
Dichte
einer
Lipiddoppelmembran
β-Turn
S–S
random coil
6 Umläufe mit ca. 22 AS
(unpolare AS tendieren zur helicalen Bindung)
COOH
Faltblätter (Peptidrost)
paralleles Faltblatt
antiparalleles Faltblatt
NH2
COOH
4.) Quartärstruktur
Zusammenlagerung von Polypeptidketten, wobei sich immer 4 Monomere zusammentun. Es gibt also für
einen Komplex aus zwei Proteinen 5 Möglichkeiten (AAAA, AAAB, AABB, ABBB, BBBB) und damit
fünf Isoenzyme.
Biochem Propaedeutik
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Sonderfall: Kollagen – Tripelhelix
hier sind 3 Ketten wie ein Seil ineinander verwoben. Allerdings stört bei 3 Ketten immer ein Rest beim
Zusammenlagern auf Höhe des Zusammentreffens braucht man eine AS, die keinen Rest hat (Glycin). Die
Tripelhelix ist steiler als die α-Helix und stabil bis 25 °C. Da die Körpertemperatur aber 37°C beträgt, werden
bestimmte AS hydroxiliert (Prolin).
Gly
x
Pro
Gly
x
Pro
Gly
x
Pro
...
...
...
...
...
...
...
...
...
Pro
Gly
x
Pro
Gly
x
Pro
Gly
x
...
...
...
...
...
...
...
...
...
x
Pro
Gly
x
Pro
Gly
x
Pro
Gly
Im Kollagen sind ca. 30% Glycin (die Enden folgen dem Schema nicht so
unbedingt) und ca. 20 – 25% Prolin enthalten. Durch die Hydroxilierung des
Prolins können H-Brücken ausgebildet werden, die Stabilität ist gewährleistet bis
37 – 40°C. Um das noch zu toppen, kann Lysin hydroxiliert und dann mit einem
Zucker verbunden werden.
Bestimmte essentielle AS dürfen im Kollagen nicht enthalten sein Kollagen
ist also im großen und ganzen eher minderwertig, weil essentielle AS darin nicht
vorkommen.
COOH
COOH
Prolin:
N
N
OH
OH
\\ /
C
|
H2 N – C – H
|
CH2
|
CH2
|
CH2
|
CH2
|
NH2
Lysin:
O
O
OH
\\ /
C
|
H2 N – C – H
|
CH2
|
CH2
|
H – C – O - Zucker
|
CH2
|
NH2
Klassifizierung der Proteine in
a)
einfache und zusammengesetzte (Protein + nicht-Proteinanteil) Proteine
Chromophore Gruppe (Hämoglubin) Chromoproteine
Nukleinsäuren (Ribosomen) Nucleosomen
Lipide Lipoproteine
Metalle (Transferin Fe2+-Bindung) Metalloprotein
Phosphorsäurereste (Casein) Phosphoproteine
b) Strukurproteine (Kollagen, Elastin, ...), Funktionsproteine (Myosin, Aktin) und Serumproteine und
Plasmaproteine
c) Fibrinäre und Globuläre Proteine, Achsenverhältnis Länge : Breite jeweils über bzw unter 20 : 1
Nachtrag zu Serumproteinen
in der Serumelektrophorese (Wanderung der Proteine im eletrischen Feld) kommt folgende Aufteilung zustande:
Die χ-Globuline werden auch Immunoglobuline genannt und in den
Plasmazellen synthetisiert. Man unterscheidet IgA, IgD, IgE, IgG,
IgM.
56%
4% 8% 12% 20%
Albumine werden in der Leber synthetisiert.
IgG besteht aus zwei schweren und zwei leichteren Ketten. Mit Papain lassen sich diese in 2 Fragmente FAB und
ein Fragment Fc (kristallisierbar) spalten. Da sich die Antikörper willkürlich spalten und assoziieren können, sind
Antikörper individuell.
Albumine
α1
Globuline
α2 β
Biochem Propaedeutik
χ
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Enzymatisch aktive Proteine
Enzyme sind nicht immer, aber i. d. R. Proteine. Sie sind Biokatalysatoren, die die Einstellung des chemischen
Gleichgewichts beschleunigen. So laufen bestimmte Reaktionen wasserfrei besser ab (Enzyme können
wasserfreie Räume schaffen) oder Enzyme senken die Aktivierungsenergie der Reaktion.
Die Einheit der Enzymaktivität ist Katal. Ein Katal bedeutet 1 mol Umsatz / sek. Im klinischen Alltag ist
allerdings die Einheit nanoKatal gebräuchlich.
Unter der Michaelis-Konstante versteht man das Ausmaß
v
der Affinität zwischen Enzym und Substrat. Trägt man den
Umsatz der Reaktion gegen die Zeit auf, so stellt sich
irgendwann das chemische Gleichgewicht ein und die
Kurve nähert sich dieser Asymptote an. Die MichaelisKM
Konstante ist dabei die Halbmaximalgeschwindigkeit.
t
Ist sie klein, bedeutet das eine hohe Affinität (Kaum gesehen, schon geschehen), ist sie groß, besteht nur eine
geringe Affinität.
6 Enzymklassen
Oxidoreduktasen
Isomerasen
Transferasen
Ligasen
Lyasen
Hydrolasen
dehydrieren, hydrieren, O2 einführen
Glucose – Fructose, Glucose – Galaktose
Gruppenübertragung
C – C, C – N Spaltung und Herstellung
Polymerspaltung (Verdauung)
Jedes Enzym hat eine Ec – Nummer, die es charakterisiert.
Lipide
Datum: 19.01.99
Dozent: Hr. Breter
Def.:
Substanz, die schwer / gar nicht wasserlöslich sind, die hingegen gut löslich sind in organischen
Lösungsmitteln.
Einschub:
organische Lebensmittel (unpolar)
- Alkane (Hexan)
- Ketone
- Ether
- Alkohole (giftig, kann über die Haut resorbiert werden)
- Mono-/ Di-/ Tri-/ Tetrahalogenmethan (giftig)
- Benzol ( Tumorbildung)
Lipide
1. Fettsäuren („oxidierte“ Alkane)
Einschub: Carbonsäuren [keine Fettsäuren]
Monocarbonsäuren
Ameisensäure
Essigsäure
Propionsäure
Buttersäure
Valeriansäure
Kapronsäure
Dicarbonsäuren
Oxalsäure
Malonsäure
Bernsteinsäure (Succinate)
Glutarsäure
Adipinsäure
ungesättigte Carbonsäuren
Fumarsäure trans
Maleinsäure cis
Fettsäuren:
C16
Palmitinsäure
16 ∆8en (Doppelbindung von C8 = C9) Palmitölsäure
C18
Stearinsäure
18 ∆9en Ölsäure
Biochem Propaedeutik
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essentielle Fettsäuren (2 oder mehr Doppelbindungen)
Nomenklatur: letzte DB vom Methylende her (bei C3 ist es eine ω3 Fettsäure)
∆9,12,15tri en Linolensäure
1/
2
\ 3 = 4 / 5 \ 6 = 7 / 8 \ 9 = 10 / 11 \ 12 / 13 \ 14 / 15 \ 16 /17 \COOH
ω3 – FS
∆9,12 di en Linolsäure
1/
2
\ 3 / 4 \ 5 / 6 = 7 \ 8 / 9 = 10 \ 11 / 12 \ 13 / 14 \ 15 / 16 \ 17 /COOH
ω6 – FS
∆5,8,11,14tetra en Arachidon
1
/ 2 \ 3 / 4 \ 5 / 6 = 7 \ 8 / 9 = 10 \ 11 / 12 = 13 \ 14 / 15 = 16 \ 17 / 18 \ 19 /COOH
Die Nummern der C-Atome dienen der Nachvollziehbarkeit der ω - Nomenklatur. Selbstverständlich
werden nach IUPAC die Carboxylgruppen C-Atome mit 1 benannt.
FS sind i.d.R. cis-konfiguriert, ihre Abbauprodukte sind trans-konfiguriert. DB sind durch zwei
Einfachbindungen getrennt und die letzte Doppelbindung ist 3 oder 6 C-Atome vom Methylende entfernt.
Einschub: Doppelbindungen
isolierte
konjugierte
divinylmethanrhythmus
-C–C=C–C–C–
-C=C–C=C–C=C–
Farbe
-C=C–C–C=C–
freie Fettsäuren
nicht essentielle Fettsäuren, wirken als Emulgatoren. Deshalb kann man sie nicht frei transportieren, sie
müssen an unspezifische Träger gebunden werden.
2. Glycerolipide
zugrundeliegender Alkohol ist Glycerol / Glycerin [COH – COH – COH]
O
||
C – OH
H2 – C – O – C – R1
|
2 FS
|
C – OH
R2 – C – O – C – H O|
H3PO4
||
|
|
C – OH
O
H 2C – O – P – O ||
O
Diacylglycerophosphat (Phosphatidsäure)
1. Weg:
Austausch des Pi (inorganic Phosphat) durch eine FS
Triacylglycerol (Talge [tier.] bei
Raumtemperatur fest, gesättigte Fettsäuren bzw. Öle [pflanzl.] bei RT flüssig und beinhalten essentielle,
also ungesättigte FS)
2. Weg:
Addition eines Alkohols an das Phosphat Glycerolphosphatide
wie auch bei den Triacylglycerolen kann es bei den FS zu Mikroheterogenität kommen
Alkohole:
♦
♦
Kephaline (auffindbar in den ZNS-Membanen)
HO – CH2 – CH – COOH
|
Serin
NH2
Lecithine
CH3
|
Cholin (Trimethylethanol)
HO – CH2 – CH2 – N+ - CH3
|
R2 ist hier in der Regel ungesättigt
CH3
Biochem Propaedeutik
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♦
♦
Cardiolipine (mitochondriale Membran)
Phosphatidsäurerest – C
|
C – OH
|
C – Phosphatidsäurerest
Inositolphosphatide, Inositide OH
OH
OH
Myoinositol
OH
OH
3 Glycerole
spaltbar mit Hormonen am Inositoltrisphosphat;
der Rest findet Verwendung als Botenstoff in der
Zelle
OH
H2C – FS
|
HC – FS O
|
||
H 2C – O – P – O
|
O-
OH
Phosphatidyl-Inositol
4,5 Bisphosphat (bis, da P nicht in Anhydrid gebunden ist)
OH
O–P
OH
O
||
O – P - OH
|
OH
Spaltprodukte sind Diacylglycerol (DAG) und IP3 (kann aus Ca2+ - Speichern Calcium freisetzen,
wurde früher gegen Schizophrenie eingesetzt)
Etherlipide
H2C – O – CH2 – (CH2)16 - CH3
Etherbindung
|
HC – O – CO – CH3
CH3
Essigsäure
|
|
H2C – O – P – O – CH2 – CH2 – N+ - CH3
Cholin
|
CH3
Platelet Activating Factor, wirkt ab 10-11 mol / l Verklumpung
Datum: 26.01.99
Wachse (FS-Ester)
/\/\/\/\/\/\/\C=O
/\/\/\/\/\/\/O
FS
FS – Alkohol
3. Sphingolipide
/\/\/\/\/\/\/\/COOH
+ HOOC – HCNH2 – CH2 – SH
NH
| 2
COH – CH – CH – OH
/\/\/\/\/\/\/\\/
2
/\/\/\/\/\/\/\\/COH – C – C – OH
NH
/\/\/\/\/\/\/\/\/
||
Sphingosin + FS
Ceramid (Grundkörper der Sphingolipide)
auch hier wegen verschiedener FS Mikroheterogenität
C= O
O
Palmitinsäure und Serin
CH3
|
+
O – CH2 – CH2 – N - CH3 Phosphorylcholin
|
CH3
/\/\/\/\/\/\/\\/COH – C – C – O – P – OH
NH
C= O
/\/\/\/\/\/\/\/\/
Biochem Propaedeutik
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Ceramid + Phosphorylcholin
= Sphingomyelin (Substanz der Nervenscheiden), einziges Sphingophospholipid aber auch Phosphatid
Sphingophospholipide
(Sphingomyeline)
Sphingolipide
Sphingoglycolipide
Cerebroside
erebrosid
cerebrosid
lceramide
side
Glucoc
Galacto
Lacto~
Trihexy
Ganglio
Glucocerebrosid / Galactocerebrosid:
- O – Glucose
- O – Galactose
- O – Galactose (an C3 sulfatiert)
|
SO3H
Lactocerebrosid
- O – Glucose – Galactose (= Lactose)
Trihexosylceramide
- O – Glucose - Galactose
|
Galactose
Ganglioside
NANA|
- O – Glucose - Galactose
|
n – Acetyl – Galactosamin
(NANA = n – Acetyl – Neuramin – Säure
4. Steroide
\
|
/
C=C–C=C
/
|
\
CH3
Isopentadien
aktives Isopren
Isopentenyldiphosphat
O
O
\
||
||
C = C – CH2 – CH2 – O – P – O – P – O/
|
|
|
CH3
OO-
Biochem Propaedeutik
Dimethylalyl-Diphosphat
CH3 – C = CH – CH2 – O – P – P
|
CH3
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Sialinsäure)
2 x aktives Isopren
3 x aktives Isopren
2 x dreimal (C15)
C10 = Geranyl – Diphosphat
C15 = Farnesyl – Diphosphat
C30 = Squalen
anguläre
Methylgruppe
C
CH3
CH3
A
D
C
Sterangerüst mit
C17 (mit Methyl C19)
(ohne den C8 – Schwanz)
B
D
B
A
3 C-Atome gehen
bei der Synthese verloren
cis, wenn Methyl- und H-Rest auf derselben
Seite der Ringebene liegen
CH3
CH3
A
D
C
Cholesterin
kommt nur in Tieren vor, Pflanzensteroide werden kaum resorbiert
Cholesterin wird zu Gallensäuren abgebaut, die wichtig
sind für die Emulgierung und deshalb im Dünndarm
rückresorbiert werden.
B
HO
Gallensäuren ( z.B. 3,7,12 α - Trihydroxicholansäure oder Cholsäure, Bildung in der Leber)
HO
21
20
CH3
19
1
2
4
CH3
9
5
18
12
14
10
3
HO
11
8
7
6
17
16
13
23
22
COOH
24
15
HO
*
* dort versetzt mit
Glycocholsäure
– CO – NH – C - COOH
Taurocholsäure
- CO – NH – CH2 – CH2 – SO2 - OH
Gallensäuren, die mit Glycocholsäure oder Taurocholsäure versetzt sind, heißen auch konjugierte
Gallensäuren. Sie werden dadurch hydrophiler und sind so besser im Gallensaft ausscheidbar.
[Aminoethansulfonsäure = Taurin]
CH3
Cholesterin
Vitamin D3
Vitamin D – Hormon
CH3
A
C
D
B
HO
-
Umwandlung des Cholesterins in der Leber zu 7 – Dehydrocholesterol = Provitamin D3
Transport in die Haut und Umwandlung unter UV-Bestrahlung zu Vitamin D3 (Cholecalciferol =
Calciol)
zurück zur Leber und Hydroxilierung zu 25 – Hydroxy – cholecalciferol oder Calcidiol
in die Niere und Hydroxylierung zu Calcitriol = Vitamin D - Hormon
CH3
OH
CH3
A
C
OH
D
B
HO
Biochem Propaedeutik
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Cholesterin ist Hauptbaustein der Steroidhormone
Calcitriol wird auch dazugezählt
Muttersubstanz (w + m) ist das Progesteron (auch Gestagen)
Nebennierenrinde
glomeruläre Schicht
fasciculäre Schicht
retikuläre Schicht
Testes
Ovarien
Mineralocorticoide
- Aldosteron
(Mineralstoffwechsel)
Glucocorticoide
- Cortison
(Glucosestoffwechsel)
androgene Steroide
Testosteron
C21
C21
C19
(nur Ring mit angulärem CH3)
Gestagene / Progesteron
Estrogene
C21
C18
Ring A aromat., C19 fliegt raus
5. Isoprenoidlipide
aktives Isopren ohne Sterangerüstausbildung
β - Carotin (Provitamin A) mit konjugierter Doppelbindung (DB)
Vitamin A
Vitamin K
Vitamin E
(=Retinal) ist notwendig für Verhornungsvorgänge der Haut und den Sehprozeß, kann
während der Schwangerschaft bei Überdosis zu Mißbildungen führen.
Leistung: Carboxylierung von AS-Resten im Proteinverband, d.h. der Carboxylgruppe
das Wasserstoff zu entfernen (negativ) und z.B. mit Calcium (positiv) zu assoziieren
Schutz der essentiellen AS vor Addition, da sie durch ihre DB sehr oxidiergefährdet
sind
Vitamin A, K, E, D („EDeKA“) kann man bis zur Pathologie überdosieren !!!
Die Haupteigenschaft von Vitaminen ist ihre geringe Tagesdosis, die im µg – mg Bereich liegt.
Nukleinsäuren – Nukleotide
Datum: 02.02.99
Dozent: Hr. Breter
Ein Nukleotid besteht aus
1. Phosphorsäure
2.
Zucker
a) Ribose
H3PO4
O
HO-H2C
OH
OH
OH
b) Desoxyribose
O
HO-H2C
1
OH
OH
3.
Base
a) Purinbasen
H
N
N
6
1
5
8
2
N
b) Pyrimidinbasen
N-H
3
4
Die Base und der Zucker sind über eine n – glykosidische Bindung verbunden.
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5
2
N
4
3
N
7
6
1
Base + Zucker = Nukleosid
Nukleosid + Phosphorsäure = Nukleotid
Bei der Nomenkaltur muß man darauf achten, daß
- Basenatome mit normalen Zahlen benannt werden
- Zuckeratome mit Zahl‘ (z.B. 5‘, 3‘) benannt werden
Purine
- osin
Pyrimidine
- idin
Nukleoside
(Adenin)
(Guanin)
(Hypoxanthin)
(Xanthin)
(Uracil)
(Cytosin)
(Thymin)
Adenosin
Guanosin
Inosin
Xanthosin
Uridin
Cytidin
Thymidin
Nukleotide
Nukleoside + Sitz der Phosphorsäure
Nukleosid – 5‘ Phosphat
Nukleosid – 3‘ Phosphat
Nukleosid – 2‘ Phosphat (nur bei RNA)
Purinbasen
NH2
N
N
N
O
||
N
N
N-H
H-N
N-H
6 – Amino – Purin
Adenin
H2 N
2 – Amino – 6 – Oxopurin
Guanin
NH
||
H2N – C – NH2
kein DNA / RNA - Baustein
Guanidin (AS)
Abbauprodukte der Purinbasen:
O
||
N
H-N
O
||
N
H-N
O
||
N-H
H-N
=O
N
N-H
6 – Oxopurin
Hypoxanthin
kann in tRNA vorkommen
O
N-H
N-H
2,6 – Dioxopurin
Xanthin
O
N-H
N-H
2,6,8 - Trioxopurin
Harnsäure
hohe Konzentration im Gewebe bei Gicht
Pyrimidinbasen
O
||
|
H-N
O
N
N-H
2,6 – Dioxopyrimidin
Uracil
Vorkommen nur in RNA
Biochem Propaedeutik
O
||
NH2
O
N-H
2 – Oxo – 4 Aminopyrimidin
Cytosin
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H-N
O
CH3
N-H
2,4 – Dioxo – 5 - Methylpyrimidin
Thymin
Nomenklatur der Nukleotide
NH2
N
N
O
||
O- - P
|
O-
Adenosin – 5‘ – Monophosphat
AMP
Adenosin – 3‘,5‘ – Bisphosphat
Adenosin – 2‘,3‘,5‘ – Trisphosphat
N
N
n-glykosilische
Bindung
O
O-H2C
NH2
OH
OH
|
O=P–O
|
O-
O
||
- P – O|
O-
N
N
N
Adenosin – 5‘ – Diphosphat
(Phosphorsäureanhydridbindung !)
O
O
||
||
O -P -O–P
|
|
OO-
N
O
O-H2C
NH2
N
N
O
||
O- - P
|
OH
OH
N
N
3‘,5‘ – cyclisches AMP ( cAMP)
intramolekulare Esterbildung zu einem Phosphorsäurediester
O
O-H2C
OH
H 2O
OH
OH
Nukleinsäuren
DNA
Desoxyribonucleidacid
RNA
Vorkommen als mRNA
hnRNA
tRNA
rRNA
snRNA
scRNA
Vorkommen:
Zellkern
Mitochondrien
Chloroblasten
messenger RNA
heterogene nucleäre RNA
transfer RNA, 70 – 90 Nukleotide lang
ribosomale RNA
small nuclear RNA
small cytosolic
Viren kommen i.d.R. entweder als doppelsträngige (ds) DNA oder einsträngige (ss) RNA vor. Es gibt aber auch
Viren mit ss DNA und ds RNA.
Der Vorteil von RNA besteht darin, daß die Proteinsynthese direkt vom Genom geschieht hoch infiziös.
Der Nachteil ist, daß das Genom erst umgeschrieben werden muß in die komplementäre RNA.
Retroviren (z.B. HIV) schreiben ssRNA in DNA um und synthetisieren von der ssRNA.
Biochem Propaedeutik
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um die Form der DNA zu erklären, hat Chargaff ihre molekularen Bestandteile in Verhältnisse gesetzt und dabei
folgendes gefunden:
Adenosin
Thymidin
= genau
1:1
T+A
G+C
Ergebnis
schwankt
Guanosin
Cytosin
= genau
1:1
Purine
Pyrimidine
= genau
1:1
Chargaff schloss daraus, daß sich je ein Purin mit einem Pyrimidin paart.
Es paaren sich A
T (bei RNA mit U)
C
G
Struktur der DNA - Doppelhelix
1 Umdrehung der Helix sind 10 Basenpaare
Prokaryont:
E. coli
ds DNA mit 4.000.000 Basenpaaren
Eukayont:
Hefe
Drosophila
homo sapiens
Pflanzen
14.000.000 bp
180.000.000 bp
3.400.000.000 bp
>3.000.000.000 bp
NH2
N
N
N
OH
|
O= P
|
OH
N
N
N
O
O-H2C
NH2
N
O
|
O= P
|
OH
RNA – Sequenz, AAA
N
NH2
OH
N
N
O
O-H2C
N
O
|
O= P
|
OH
OH
O
O-H2C
OH
Vitamine
Datum: 09.02.99
Dozent: Hr. Breter
N
OH
Es gibt fettlösliche und wasserlösliche Vitamine. Bei allen Vitaminen kann es zu Mangelerscheinungen kommen
(Hypovitaminose), nur die fettlöslichen können auch Hypervitaminosen hervorbringen.
fettlösliche
A, D, E, K
wasserlösliche
B – Komplex (B1, B2, B6, B12), C, H
♦
VITAMIN B1
Thiamin
Thiamin
NH2
Thiamindiphosphat
Überführung in Coenzym
CH2
CH3
CH3
CH2 – CH2 – OH
S
Biochem Propaedeutik
Mangelerscheinung: Beri Beri
N+
Mittel gegen Mücken:
½ g/Tag 3 Wochen vorher und während des Urlaubs
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♦
VITAMIN B2
Riboflavin
O
N
CH3
Isoalloxazol – Ring
O
N
N
|
-C|
- C – OH
|
Ribid
- C – OH
|
- C – OH O
O
|
||
||
- C – O - - P – O – P – O – CH2
|
|
|
OO-
CH3
Riboflavin
(Alkohol des Zuckers)
OH
O
Flavin Adenin
Dinucleotid
= FAD
Adenin
OH
Mangelerscheinung: Pellagra (Hautveränderungen)
Aufgabe von FAD: Substratwasserstofftransport
♦ VITAMIN B6
Pyridoxin / Pyridoxol
CH2 OH
HO
CH2 – CH2 – OH
Pyridoxol
CH3
N
H–C=O
HO
CH3
♦
O
||
CH2 – CH2 – O – P – O|
O-
N
Pyridoxalphosphat
Aminostoffwechsel NH2 – Übertragung
VITAMIN B12
Cobalamin, Extrinsic Factor
Mangel:
Perniciöse Anämie
Megaloblasten – Anämie
Aufnahme nur mit Hilfe des Intrinsic Factors (Glycoprotein der Magenschleimhaut) im unteren Ileum.
Dosis: 1 – 3 µg / dies
N
Strukturformel: Corrin – Ring, zu schwer zum zeichnen
N
N
C
Biochem Propaedeutik
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C
N
C
♦
VITAMIN C
Ascorbinsäure / χ-Lacton der L-Gulonsäure
> 100 mg / dies
Vitamin C schützt Fe2+, sodaß Fe2+ nicht zu Fe3+ oxidiert wird.
Wird gebraucht zur Kollagen-, Adrenalin- und Steroidsynthese.
Mangelerscheinung: Skorbut (Kollagenmangel)
Überdosis:
Durchfall (2 EL innerhalb 3 – 4 Std. kommt es zu Durchfall)
♦
VITAMIN H
Biotin, wird von Avitin (kommt im Eiklar vor) gebunden und der Resorption im Magen entzogen
Mangelerscheinungen: Hautveränderungen
O
O
||
C
NH
NH
S
♦
Mangel
||
C – OH
|
H2 N – C – H
|
(CH2)4
|
NH
/
C
\\
O
VITAMIN A
- wichtig für den Sehvorgang, bei Mangel kommt es zur Nachtblindheit (Hemeralopie)
- wichtig für die Embryonalentwicklung , da die Extremitätenausrichtung entlang eines
Retinsäuregradienten verläuft, Vitamin A Überdosen stören diese und führen zu Mißbildungen
Vitamin A wird zuerst als β-Carotin = Provitamin A aufgenommen, dann in zwei identische Moleküle
gespalten und zu Vitamin A = Retinal. Daraus wird entweder durch Oxidation die Retinsäure oder es wird
Rhodopsin in den Stäbchen daraus synthetisiert.
Provitamin A
O
//
C–H
Vitamin A
♦
VITAMIN D
Hypervitaminose: Verkalkungen überall
s. Kapitel Steroidhormone
♦
VITAMIN E
(= Tocopherol)
Formel ist zu kompliziert
Funktion: Schutz der ungesättigten Fettsäuren, Antioxidans
H
|
C–C=C–H
|
H
♦
-- // -->
O–O
| |
C – C – C – H Peroxid
| |
H H
VITAMIN K
(=Menadion)
überträgt CO2 – Gruppen auf Reste der Glutaminsäure
Blutgerinnung, Knochenmineralisierung
Biochem Propaedeutik
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