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Beantwortung der Prüfungsfragen – Biochemie des Stoffwechsels ___________________________________________________________________________

Abkürzungen: E – Energie, AS – Aminosäuren, e - Elektron Prüfungsbögen gekennzeichnet durch A bis E!

A 1.Warum hat ATP ein so hohes Gruppenübertragungspotential? Hängt die Spaltung von ATP direkt mit der Reaktion zusammen? Wo wird am meisten ATP gebildet? (Atmungskette)

1.a)Die drei dicht aneinander gelegenen negativ geladenen Phosphatgruppen sind eine stark gespannte chemische Feder --> instabil, die dazu tendiert durch abspalten endständiger P-gruppen sich zu entspannen. b) Nein c) In der Atmungskette am Komplex5/ F0F1 Komplex (ATP-Synthase)

A 2. Unterschied zwischen NADH und NADPH? Bei welcher Art von Reaktion wird NADH bzw. NADPH gebildet?

Unterschiede: NAD(oxidiert)/NADH(reduziert) an katabolen Prozessen (Glycolyse, Citratzyklus) dominierend beteiligt. NADH hat im Gegensatz zu NAD Absorptionsspektrum bei 340 nm  quantitative Bestimmung. Als Coenzym an der Wasserstoffübertragung durch NAD-abhängige *Dehydrogenasen (Oxidoreduktasen) beteiligt. Kann reversibel Wasserstoff aufnahmen(NADH)/abgeben(NAD). Wasserstoff wird an Atmungskette abgegeben. Dort mit Sauerstoff unter ATP-Gewinnung zu Wasser oxidiert.


NADP/NADPH an anabolen Prozessen dominierend beteiligt. Zusätzlichen Phosphat-Rest am Adenosin des Dinucleotids. Als Coenzym an der Wasserstoffübertragung durch NAD-abhängige *Dehydrogenasen (Oxidoreduktasen) beteiligt. Gebundener Wasserstoff wird zur Reduktionsreaktion bei Biosynthesen verwendet (Cholesterin, Fettsäuren, Desoxynucleotiden).

Produktion

von NADPH: Katalyse durch Malat-Enzym - Malat zu Pyruvat ( aus NADP+ wird NADPH + H+) Pentosephosphatweg Glucos-6-Phosphat zu Ribulose-5-Phosphat (2 NADH)

von NADH: In Glycolyse (2 NADH pro mol Glucose), bei oxidativen Decarboxylierung von Pyruvat in Acetyl-CoA (2), im Citratzyklus (6)


A 3. Anabolische und Katabol. Stoffwechselwege

Anabolismus: Aufbau von Proteinen, Nucleinsäuren, Lipiden, Polysacchariden und anderen Zellbestandteilen aus monomeren Vorstufen Katabolismus: Aufnahme von E durch Abbau energiereicher Nährstoffe. Intermediärstoffwechsel – zwischen Anabolismus und Katabolismus

Stoffwechsel: „einfache Moleküle“ (CO2, H2O, NH3)  Intermediate (Pyruvat, Acetyl-CoA, alpha-Ketosren)  Monomere (Aminosren, Nucleotide, Monosaccharide, Fettsren)  Polymere (Proteine, Nucleinsäuren, Polysaccharide, Lipide)

Beispiele: Anabole Wege: Glyconeogenese Katabole Wege: Glycolyse (doch auch Glycolyse nicht rein katabolisch weil liefert wichtige Substanzen zB. Glycerin für Fettsreaufbau)

A 4.Glycolyse im Überblick (lnput-Output)? Funktion des Citratzyklus? Was ist besonders wichtig am Citratzyklus? (anabol und katabol, Oxalacetat als wichtiges Zwischenprodukt)

Glucose+ ATP -(Mg2+,Hexokinase/Glucokinase(Leber))> Glucose6Phosphat+ADP+H+ (irreversibel)

Glucose6Phosphat <--> Fructose6Phosphat (in beide Richtungen leicht)

Fructose6Phosphat+ ATP -(Mg2+,Phosphofructokinase)> Fructose1,6Bisphosphat (prakt. irreversibel)

Fructose1,6Bisphosphat -> C3 Ketose und Aldose(Glycerinaldehyd-3-P) (dd, dass die nächsten 2 Schritte die 2 Produkte entziehen liegt das Gleichgewicht der Reaktion unter zellulären Bedingungen auf der rechten Seite)

Ketose-> Aldose (Glycerinaldehyd-3-P) (Nur das Aldehyd kann in den nachfolgenden Schritten der Glycolyse direkt abgebaut werden.)


Aldose + NAD+ +Pi -> Biphosphoglycerat Die Aldehydgruppe von Glycerinaldehyd-3-P wird dehydriert zum energiereichen Anhydrid aus Carbonsäure und Phosphorsäure mit sehr hoher Freien Standardenthalpie der Hydrolyse

Die thermodynamisch ungünstige Entstehung eines Acylphosphats aus einer Carboxylatgruppe wird durch die thermodynamisch begünstigte Oxidation eines Aldehyds angetrieben.

1,3Biphosphoglycerat+ADP -(Mg2+)> 3Phosphoglycerat + ATP Die Verbindung ist so energiereich, dass ein anorg. P. Auf ADP zu übertragen.

3Phosphoglycerat -> 2Phosphoglycerat -> H2O +Phosphoenolpyrovat Phosphoenolpyrovat-(Pyruvatkinase)> Pyruvat +ATP

Pyruvat <-> Lactat

Input: 2ADP, Glucose

Output: 4ATP, 2NADH, Pyruvat

Ergebnis: Glucose+ 2ADP + 2 Phosphat -> 2 Lactat+ 2ATP + 2 H2O

Citratcyclus: Produziert Reduktionsäquivalente und Vorstufen für Biosynthesen Aus der Glycolyse wird Pyruvat eingespeist, AcetyCoA aus dem FS Abbau und C-Ketten aus dem AS Abbau. Liefert Bausteine für Pyrimidinbasen, viele AS und Häm. Die Hauptaufgabe ist die Prod. von NADH für die Atmungskette Oxalacetat ist wichtig um den Kreis zu schließen. Oxac+ AcetylCoA -> Citrat uns OxAc ist Ausgangsprodukt der Gluconeogenese (Pyruvat+ATP +H2O+CO2-> Oxalacetat+ ADP; OxAc +GTP -> Phosphoenolpyruvat +GDP+CO2), ein Überschuss an ATP schiebt OxAc in die Gluconeogenese

6. Muskel Leber Wechselbeziehung (Cyklus, Zweck )

Der Cori-Zyklus (benannt nach seinen Entdeckern, Gerty Cori und Carl Cori) beschreibt den Kreislauf von Glucose und deren Abbauprodukten zwischen Skelettmuskel und Leber. Die erweiterte Beschreibung bezieht die Stoffwechselwege der Gluconeogenese, der Glutaminsäure (Glu), Teile des Citratzyklus und den Harnstoffzyklus mit ein. Der Skelettmuskel ist auch unter aeroben Bedingungen nicht in der Lage, Lactat wieder in Glucose umzuwandeln: es fehlen ihm die Enzyme der Gluconeogenese. Aus diesem Grunde besteht eine Zirkulation von Metaboliten zwischen Muskel und Leber - letztere verfügt über das entsprechende Enzym-Repertoire. In seiner ursprünglichen Form wurde dieser Organkreislauf als "Cori-Zyklus" bezeichnet. Eine erweiterte Form desselben, der "Glucose-Alanin-Zyklus" ist wohl von größerer Bedeutung, da er gleichzeitig einer Ammoniak-Vergiftung des Muskels vorbeugt, indem er dieses dem Entgiftungsapparat der Leber (dem Harnstoffzyklus) zuführt.

 das heißt: Lactat aus Muskel wird ins Blut abgegeben und in Leber transportiert. Diese nimmt Lactat auf und wandelt es durch Gluconeogenese in Glucose zurück!

B1 Angenommen ......

B 2. Glykolyse: Beschreiben Sie diesen zentralen Stoffwechselweg! Wieso gibt es unterschiedliche Endprodukte, je nach dem, ob die Glykolyse unter aeroben oder anaeroben Bedingungen abläuft? Welche?

Glycolyse:

Überblick: 1 Glucose wird zu 2 Pyruvat, 2 ATP und 2 NADPH Energieinvestitionsphase: Glucose wird zu Glycerinaldehyd-3-Phosphat. 2 ATP wurden investiert. Energiegewinnungsphase: Glycerinaldehy-3-Phosphat wird zu Pyruvat. 2 NADPH und 4 ATP wurden gewonnen.

Detail: Einergieinvestitionsphase: Glucose wird unter Verbrauch von ATP zu Glucose-6-Phosphat phosphoryliert (Enzym: Hexokinase bzw. Glucokinase (Leber)). Glucose-6-Phosphat zu Fructose-6-Phosphat isomerisiert (Phosphohexoisomerase) Fructose-6-Phosphat unter Verbrauch von ATP zu Fructose-1,6-Biphosphat phosphoryliert (Phosphofructokinase). Spaltung von Fructose-1,6-Biphosphat in Glycerinaldehyd-3-Phosphat und Dihydroxyacetonphosphat (Aldolase). Energiegewinnungsphase: Ddihydroxyacetonphosphat wird zu Glycerinaldehy-3-Phosphat phosphoryliert (Isomerase) [ab hier: alle Verbindungen entsprechen 2 Mol!] Glycerinaldehy-3-Phosphat wird unter Reduktion von NAD zu NADH zu 1,3-Bisphosphoglycerat oxidiert (Gylcerinaldehyd-3-Phosphat-Dehydrogenase). 1,3-Bisphosphoglycerat wird unter Entstehung von 2 ATP aus 2 ADP zu 3-Phosphoglycerat umgwandelt (Phosphoglycerat-Kinase) 3-Phosphoglycerat wird zu 2-Phosphoglycerat umgelagert (Phosphoglycero-Mutase) 2-Phosphoglycerat wird zu Phosphoenolpyruvat (PEP) dehydratisiert (Endolase). (2) Phosphoenolpyruvat wird unter Gewinn von 2 ATP aus 2 ADP zu Pyruvat umgelagert (Pyruvat-Kinase).


Anarebor/Aerob

Glycolyse an sich kann anaerob/aerob ablaufen. Aerob: Pyruvat  Acetyl-CoA  Citratzyklus  Atmung  oxidative Pohosphorylierung anareob: Damit Glycolyse weiter ablaufen kann muss NADH zu NAD rückoxidiert werden. Alkoholishe Gärung: Pyruvat durch Decarboxylierung zu Acetaldehyd, durch NADH zu 2 Ethanol reduziert. Dabei ensteht wieder NAD: Milchsäuregärung: Pyruvat durch NADH zu 2 Lactat reduziert. NADH dabei oxidiert (= NAD)


B 3.Citratcykl: in welcher Form wird das Endprod der Glykolyse in den Citratcyklus eingeschleust? Was ist der Output dieses wichtigen Reaktionswegs?:

Citratcyklus (zentraler Kreislauf biochemischer Reaktionen im Metabolismus aerober Zellen  „zentrale Drehscheibe“):

In Glycolyse – anaerober Abbau Glucose bis Pyruvat, lediglich 2 ATP Nettogewinn Citratzyklus macht weiter mit Pyruvat (aber auch Abbau von Fettsren und AS mündet vorwiegend über Acetyl-CoA in den Citratzyklus ein, Acetyl-CoA = gemeinsamer Knotenpunkt): - Pyruvat wird per Symporter in Mitochondrienmatrix transportiert - Pyruvat wird zu Acetyl-CoA umgewandelt (CO2 und NADH werden gebildet) – Schlüsselreaktion, weil praktisch irreversibel - Startreaktion des Zyklus: Acetyl-CoA (2C) wird mit Oxalacetat (4C) verknüpft  Citrat (6C) entsteht - Citrat (C6) wird zu Isocitrat isomerisiert = Verschiebung der Hydroxygruppe auf das benachbarte C-Atom - Isocitrat  alpha Ketoglutarat - alpha Ketoglutarat  Succinyl-CoA - Succinyl-CoA  Succinat - Succinat  Fumarat - Fumarat  Malat - Malat  Oxalacetat

 Der Citratzyklus bedient katabole und anabole Wege (=amphiboler Stoffwechselweg): Verwertung von Acetyl-CoA aus Glycolyse, aber auch aufbauende Stoffwechselwege: - Oxalacetat und alpha-Ketoglutarat sind wichtige Bausteine für Biosynthese von AS usw.

 Output Citratzyklus: für ein Mol Glucose entstehen ca. 30 ATP

B 4. Oxidation von Fettsäuren: Wo in der Zelle? Wie gelangen FS dorthin? Warum nennt man den Abbau j3-Oxidation? FS werden aus dem Blut aufgenommen und mit CoA zu Acyl-CoA verestert, dieses wir mit Hilfe von Carnitin in die Mitochodrienmatrix transportiert und dort über die ß-Oxid. abgebaut-->Acetyl-CoA.

Die Bezeichnung bezieht sich jedoch streng genommen nur auf einen der Reaktionsschritte, bei dem eine Reaktion am Beta-C-Atom (Cβ) stattfindet.

B 5. Aminosäure-Abbau: Besondere Eigenschaften des Harnstoffzyklus

Biochem. Kaskade, die stickstoffhaltige Abbauprodukte zu Harnstoff umwandelt, dann über Niere ausscheidet. Harnstoffbildung in Lerberzellen und zu kleinem Teil in Niere. Teilweise in Mitochondrien, tw. In Cytosol. Deshalb sind Transportproteine notwendig.

Zyklus: Mitochondrienmatrix: HCO3- + NH3+ + 2ATP  Carbamylphosphat (Carbamylphosphat-Synthetase) Carbamyphosphat + Ornithin  Citrullin Cytosol: Cuticulin kondensiert mit Aspartat. Darauf folt die Synthese von Argininsuccinat (Energie durch Spaltung von ATP in AMP + Pyrophosphat, Hydrolyse von Pyrophosphat). Spaltung von Argininsuccinat in Arginin und Fumerat (Argininsuccinatlyase) Arginin wird zu Harnstoff und Ornithin hydrolysiert. Harnstoff wird ausgestoßen. Ornithin geht wieder in Mitochondirenmatrix (Zyklus) Fumerat wird zu Malat hydratisiert und weiter zu Oxalacetat oxidiert. Weiter mögliche Verwendung von Oxalacetat: 1. Transaminierung zu Aspartat, 2. Umwandlung in Glucose über Gluconeogenese, 3. Kondensation mit Acetyl-CoA zu Citrat, 4. Umwandlung in Pyruvat (d.h. Verbindung zu Citratzyklus)


6. Biosynthese und abbau von Nukleotiden, rolle der nukleozide im stoffwechsel, besonderes an der de-novo synthese von Pyrimidinnukleotiden

Nucleotide (Base, Zucker + Phosphat) – neben AS, Kohlenhydraten und Lipiden vierte große Klasse von metabolischen Bausteinen Ihre Rolle im Stoffwechsel: - Bestandteil von Coenzymen (wie NAD, FAD, CoA) - sekundäre Botenstoffe (cAMP, cGTP) - Energielieferanten (ATP, GTP) - aktivierende Reste (z.B. in UDP-Glucose)

- 2 Synthesewege von Nucleotiden – de novo Synthese (geht von den metabolischen Vorstufen AS, Ribosephosphat, CO2 und NH3 aus) - Recyclingwege (salvage pathways) führen freie Basen und Nucleoside, die beim Abbau anfallen, wieder in den Prozess zurück - Purine werden so erzeugt dass bis auf Glycin lauter Einzelatome an Ribose gehängt werden - Pyrimidine werden aus Orotat synthetisiert, an Ribose gebunden und dann erst zu den üblichen Pyrimididen umgewandelt - de novo Synthese von Purinen und Pyrimidinen haben eine gemeinsame Vorstufe: PRPP (Phospho-Ribosyl-Pyrophosphat)

Abbau von Nucleotiden: Harnstoff und Harnsre sind die Hauptabbauprodukte der Nukleotide: Der Purinabbau findet vor allem in Leber und Gehirn statt. – wenn Abbau nicht funktioniert: - Lesch-Nyhan-Syndrom und Gicht

7. Photorespiration bei Cä-Pflanzen: Biochemische Grundlagen Cam Pflanzen können die Potorespiration auf ein minimum verringern weil die die Spaltöffnungen nur Nacht geöffnet haben in Nacht co2 Cufnahme und Einbau in Malat und tagsüber zu Zucker verarbeitet B 8. ATP-Synthese: Oxidative- und Photophosphorylierung — Gemeinsamkeiten und Unterschiede — Substratkettenphosphorylierung (Beispiel!)

ATP-Synthese Oxidative- und Photophosphorylierung dienen ATP-Synthese durch Ausnutzung der Energie eines Protonengradienten (= Chemiosmose). Dieser durch energieabhängige Protonenpumpen aufgebaut. Energie durch Redoxpotentiale/Atmungskette (Oxidation) oder Licht (Photophosphorylierung). Bei Rückdiffusion Antrieb ATP-Synthase.

Oxidative Posphorylierung: Im Mitochondrium. Gradient durch Atmungskette. Findet an Komplex V statt (=ATP-Synthase). Komplex V hat 2 funktionelle Bereiche: membrangebundene F0- und F1-Einheit. Bei H+ Durchstrohm (Richtung mt-Matrix): F0- dreht sich. F1- verbindet ADP und Pi.

Photophosphorylierung: Im Chloroplasten in Thylakoidmembran. Cytochrom B = Protonenpunmpe. ATP-Synthase stellt ATP her. Ausrichung der ATP-Synthase entgegengesetz wie bei Oxidativer Phosphorylierung

Substratkettenphosporylierung Phosphat-Rest eines Zwischenprodukts des Stoffwechsels wird verwendet um ATP/GTP zu erzeugen. (Phosphat-Rest wird auf ADP/GDP übertragen). Beispiele: Glycolyse: 1,3-Bisphosphoglycerat + ADP → 3-Phosphoglycerat + ATP (beteiligtes Enzym: Phosphoglycerat-Kinase)

Phosphoenolpyruvat + ADP → Pyruvat + ATP (beteiligtes Enzym: Pyruvat-Kinase)

Citratzyklus: Succinyl-CoA + GDP + Phosphat → Succinat + GTP + HS-CoA (beteiligtes Enzym: Succinyl-CoA-Synthetase)


9. Gluconeogenese vrs. Glycolyse: Die Zelle steuert diese beiden Stoffwechselwege gegenläufig, das heißt der eine läuft nur ab wenn der andere blockiert wird. Schlüsselenzyme hierbei sind - Phosphofructokinase - Fructose 1,6 bisphophatase  wandeln Fructose-6-phosphat und Fructose-1,6-bisphosphat ineinander um - Phosphofructokinase wird allosterisch durch AMP aktiviert und durch Citrat inhibiert - Fructose 1,6 bisphophatase wird durch Citrat stimuliert und durch AMP inhibiert  ist die E Ladung einer Zelle gering, dh. viel AMP und wenig Citrat vorhanden, so wird die Glycolyse forciert und umgekehrt.

1O.Keto(n)körper — ihre Rolle im Stoffwechsel

Im Hungerzustand ersetzen Ketonkörper (Acetoacetat und 3-Hydroxybutyrat, die entsprechende reduzierte Verbindung) teilweise die Glucose als Energielieferant des Gehirns. Die wichtigsten Brennstoffe für den Muskel sind Glucose, Fettsäuren und Ketonkörper. Der Herzmuskel kann auch Ketonkörper verwerten; tatsächlich zieht er sogar Acetoacetat der Glucose vor.

B 11. Photosynthese: Dunkelreaktion und ihr Zusammenhang zur Lichtreaktion Calvinzyklus: CO2 Fixierung und Regeneration. Pro Mol Triosephosphat werden 6 NADPH und 9 ATP benötigt.

  1. Fixierung CO2 in 3-Phsophoglycerat
  2. Umsetzung 3-Phosphoglycerat zu Glycerinaldehyd-3-Phosphat
  3. Regenerirung von Ribulose-1,5-bisphophat aus Triosephosphaten

Zusammenhang zur Lichtreaktion:

Lichtreaktion aktiviert Enzyme der Dunkelreaktion. Diese über Reduktion von Disulfide aktiviert. Reduktion von Disulfiden über Reduktion von Thioredoxin. Thioredoxin wird durch reduziertes Ferredoxin reduziert. Thioredoxin vermittelte Aktivierung und andere lichtabhängige Mechanismen beschleunigen den Calvinzyklus bei Vorhandensein von Licht.


12. -AcetylcoA—‘Kohlenhydrate (bei Pflanzen). Wie heißt dieser Stoffwechselweg? Was ist der Unterschied zum Citratcyclus? ??? Die Frage bring ich nicht zusammen. Welcher Zyklus ist da gemeint???

13. Verschiedene Strukturformeln Welche???

C 1.Welche Rolle spielen Harnstoff und Harnsäure in unserem Körper?:

Harnstoff und Harnsäure  Beim Purinabbau entsteht Harnsäure (Urate) – wird normal mit Urin ausgeschieden - falls Serumkonzentration zu hoch: Hyperurikämie = Gicht - NaUrat Steine greifen Gelenke und Nieren an - Lesch-Nyhan-Syndrom: Fehlen eines Enzyms führt zu stark gesteigerter „de novo“ Purinproduktion und damit auch zur Harnsre Überproduktion (Arzneimittel Allopurinol wird verabreicht – unterbindet Abbau von Purinen zur Harnsre) - ABER Urat hat auch wichtige Funktion als wirkungsvolles Antioxidans im Blut (Radikalfänger) - Harnstoff = Endprodukt des Harnstoffzyklus

2 Welche Produkte können aus Pyruvat entstehen? Durch Reduktion mit NADH+H+ zu Lactat oder mit Hilfe der Pyruvatcarboxylase und H2O+CO2+ATP ->Oxalacetat+ADP

2 Welche Produkte können aus Pyruvat entstehen?

Pyruvat 

Acetyl-CoA [Pyruvat-Dehydrogenase] (Citratzyklus) Oxalacetat [Pyruvat-Carboxylase) (Citratzyklus (Oxalacetat  Acetyl-CoA) oder Gluconeogenese (Oxalacetat  PEP)) Anaerob: Ethanol (alkoholische Gärung) Anaerob: Lactat (Milchsäuregärung) Alanin (Synthese von Aminosäuren oder Umwandlung in Leber zu Glucose)


4. Was sind Ketonkörper und welche Rolle spielen sie? Im Hungerzustand ersetzen Ketonkörper (Acetoacetat und 3-Hydroxybutyrat, die entsprechende reduzierte Verbindung) teilweise die Glucose als Energielieferant des Gehirns. Die wichtigsten Brennstoffe für den Muskel sind Glucose, Fettsäuren und Ketonkörper. Der Herzmuskel kann auch Ketonkörper verwerten; tatsächlich zieht er sogar Acetoacetat der Glucose vor.

5. Welche Rolle spielt das Kreatinphosphat Creatinphosphat = Kreatin (v. gr. kreas = Fleisch) ist eine organische Säure, die in Wirbeltieren u.a. zur Versorgung der Muskeln mit Energie beiträgt. Kreatin wird in der Niere, der Leber und in der Bauchspeicheldrüse synthetisiert. Sie stammt von den Aminosäuren Glycin und Arginin ab und ist zu 95 % im Skelettmuskel vorhanden.  Vor allem bei der Muskelkontraktion wird Kreatin in Form von Kreatinphosphat (PCr) benötigt. Kreatinphosphat stellt hier die Phosphatgruppe zur Verfügung, die zur Umwandlung des bei der Kontraktion entstandenen Adenosindiphosphat (ADP) zurück in Adenosintriphosphat (ATP) genutzt wird. – Abbauprodukt „Kreatinin“ wird über Urin ausgeschieden

5 Welche Rolle spielt das Creatinphosphat?

Bei ATP-Überschuss in der Muskulatur wird chemische Energie als energiereiches Kreatinphosphat gespeichert. Bei Verbrauch von ATP durch den kontraktilen Apparat liefert die umgekehrte Reaktion ATP nach Keratinphosphat + ADP + H+ ATP + Creatin


7. Was wissen sie über den katabolischen Abbau von Aminosäuren? Beim Abbau von AS wird ihr N zuerst auf α-Ketoglutarat übertragen -> Glutamat und die entsprechende α-Ketosäure. Serin und Threonin können direkt desaminiert werden. Abbau der α-Ketosäuren auf 2 Wegen: die α-Ketosäuen glucogener AS liefern OxAc (->Gluconeogenese-> Glucose). Ketogene AS liefern Acetyl-CoA oder den Ketokörper Acetocetat. Der übertragene N wird entweder zum Aufbau neuer AS verwendet oder als NH3 freigesetzt über oxidative oder die hydrolytische Desaminierung.

8 Was ist die Beta-Oxyadtion? Stoffwechselweg zum Abbau von Fettsäuren.

Fettsäure + Coenzym A  aktivierte Fettsäure (Acyl-CoA) [Vorgang im Cytoplasma] Acyl-CoA wird über 4 Zwischenreaktionen zu Acetyl-CoA [Mitochondrienmatrix] Endprodukte der beta-Oxidation: Acetyl-CoA ( Citratzyklus) und frei werdender Wasserstoff (wird auf NAD bzw. FAD übertragen (es entsteht FADH2 und NADH), die zur Atmungskette gelangen)

10.Was ist die Photorespiration?

Photorespiration = Als Pflanzen Festland besiedelten – Gefahr der Austrocknung – daher Anpassungen entwickelt, die Wasserspeicherung ermöglichen: Benötigtes CO2 kommt durch Spaltöffnungen, H2O verlässt Pflanze durch Spaltöffnungen …  zur Vermeidung übermäßigen Wasserverlustes schließen Pflanzen ihre Spaltöffnungen. CO2 Konzentration geht zurück, O2 Konzentration steigt an (weil wird ja durch Photosynthese freigesetzt)  diese Bedingungen setzten Photorespiration in Gang: Pflanze verbraucht O2 und erzeugt CO2 weil… - bei C3 Pflanzen Kohlenstofffixierung durch Rubisco (C3 weil Verbindung mit 3 C Atomen entsteht) ABER wenn Sauerstoffpartialdruck CO2 Partialdruck zu sehr übersteigt bindet Rubisco an O2 (statt CO2) und schleust dieses in den Calvinzyklus ein - einer Hypothese zufolge ist die Photorespiration ein Relikt der Evolution… oder vielleicht eine Art „Ventil“ welches den eTransport weiterlaufen lässt um die photosynthetischen Reaktionszentren vor Überlastung zu schützen…

11. Beschreiben Sie die Funktionen von Insulin und Gtagon in Stichwörtern? Insulin: Ein Wirbeltierhormon, das den Blutzuckerspiegel senkt, indem es die Aufnahme von Glucose durch die meisten Körperzellen sowie die Synthese und Speicherung von Glycogen in der Leber fördert; regt außerdem die Protein- und Fettsynthese an Glucagon: Ein Peptidhormon das die Glucosekonzentration im Blut erhöht, Antagonist des Insulins

11 Beschreiben Sie die Funktionen von Insulin und Glucagon in Stichwörtern? Hormone für Regulation des Energiestoffwechsels. Regulierung Blutglucosespiegel: Einfluss auf Speicherung und Mobilisierung von Brennstoffen und damit zusammenhängende Stoffwechselvorgänge.Glucagon signalisiert niedrigen Blutglucosespiegel. Abgesenkter Blutglucosespiegel löst Ausschüttung von Glucagon aus und vermindert Freisetzung von Insulin. Glucagon bewirkt Anstieg Blutglucosekonzentration. Stimuliert (wie Adrenalin) Netto-Abbau und Leberglycogen indem es Glycogen-Phosphorylase aktiviert und Glycogen-Synthase inaktiviert. Glucogon inhibiert (im Gegensatz zu Adrenalin) Abbau von Glucose durch Glycolyse in der Leber und regt Synthese von Glucose durch Gluconeogenese an.


13.was is die substratkettenphosphorylierung

Substratkettenphosphorylierung = ATP ensteht durch direkte enzymatische Übertragung einer Phosphatgruppe von einem Substrat auf ADP.

- konkretes Beispiel: Glycolyse 2 Schritte im E gewinnenden Teil (= 2. Teil)  4 ATP werden durch Substratkettenphosphorylierung gewonnen (Nettogewinn 2, weil 2 ATP ja in der 1. Phase verbraucht werden)

14 Welche Stoffe können aus dem Citratzyklus entstehen?

(Citratzyklus dient oxidativem Abbau von Acetyl-CoA. Dies ensteht beim Abbau von Kohlenhydraten aus Pyruvat, von Fettsäuren durch beta-Oxidation, Aminosäuren. Mitochondriale Matrix.)

(Abschnitte des Citratzyklus: Bildung von Acetyl-CoA, Reaktion von Acetyl-CoA mit Oxalacetat, Oxidation des gebildeten Citrats zu Succinat, Oxidation von Succinat zu Oxalacetat)

Aus einem Acetylrest entstehen 2 CO2 und 8 H in Form von 3 NADH und 1 FADH2. Das liefert max. 11 ATP pro Acetylrest (Atmungskette...). Außerdem wird 1 GTP durch Substratkettenphosphorylierung gebildet. Dieses gibt P an ADP ab. Es entsteh ein ATP.

16.---???? keine Ahnung ????

17.Die protonenmotorische Kraft Durch die Weitergabe der E reichen e (vom NADH) innerhalb der Atmungskette bis zu molekularem Sauerstoff wird die gespeicherte E schrittweise freigesetzt. Diese E wird genutzt um Protonen aus der Mitochondrienmatrix in den Intermembranraum zu pumpen und so einen Protonengradienten (= elektrochemischer Gradient) aufzubauen. Durch die protonenmotorische Kraft dieses Gradienten kann der Enzymkomplex ATP-Synthase schließlich ADP zu ATP phosphorylieren.

17 Was ist die protomotorische Kraft

Die Protonenmotorische-Kraft die die ATP-Synthese antreibt entsteht dadurch das die reduzierten Elektronencarrier (NADH, FADH2) Elektronen an die Atmungskette abgeben. Protonen werden dadurch auf eine Seite der Membran gepumpt. Ein elektrochemischer Protonengradient entsteh. Protonengradient und Membranpotential bilden zusammen Protonenmotorische Kraft. Kraft wird zur ATP Synthese benutzt.



D 2. Glycolyse, wieso untersch Endprodukte? Die 10 stufige Glycolyse lässt sich in 2 Abschnitte gliedern – die E-Investitionsphase und die E-Gewinnungsphase.

  1. Während der ersteren werden zwei ATP (pro Glucosemolekül) verbraucht um Glucose (6C) in Glycerinaldehyd-3-phosphat (3C) umzuwandeln
  2. In der E-Gewinnungsphase wird Glycerinaldehyd-3-phosphat schrittweise zu Pyruvat umgewandelt, wobei 4 ATP durch Substratkettenphosphorylierung entstehen (= 2 ATP Nettogewinn), zudem werden zwei NADH gewonnen
  3. Unter anaeroben Bedingungen muss NADH wieder in NAD+ regeneriert werden (damit Glycolyse weiter ablaufen kann):
    1. Im Zuge der alkoholischen Gärung wird Pyruvat in zwei Schritten zu Ethanol umgesetzt. In der ersten Reaktion wird aus dem Pyruvat CO2 abgespalten, im zweiten Schritt wird NADH reduziert (und somit NAD+ regeneriert)
    2. Bei der Milchsregährung wird Pyruvat unmittelbar zu Lactat reduziert (ohne dass CO2 als Abfallprodukt entsteht) – menschliche Muskelzellen erzeugen ebenfalls ATP durch Milchsregärung wenn Sauerstoff knapp ist. Lactat muss im Blut abtransportiert und zur Leber befördert werden. Diese kann Lactat wieder in Pyruvat umsetzen (siehe Cori-Zyklus)
  4. Unter aeroben Bedingungen wird Pyruvat zu AcetylCoA oxidiert und in den Citratzyklus eingeschleust

D 3.Citratcyclus: In welcher Form wird das Endprodukt der Glykolyse in den Citratcyclus eingeschleußt? Was ist der Output dieses wichtigen Reaktionswegs? Als Acetyl-CoA;->Citratcyklus

3. Citratcyclus: In welcher Form wird das Endprodukt der Glykolyse in den Citratcyclus eingeschleußt? Was ist der Output dieses wichtigen Reaktionswegs? Endprodukte der Glycolyse: Pyruvat (oder Oxalacetat). Pyruvat gelangt durch Mitochondirenmembran. Pyruvat-Dehydrogenase katalysiert die folgenden Schritte (oxidative Decarboxylierung): 1. Carboxylgruppe des Pyruvats wird abgespalten und als CO2 abgegeben. 2. Verbleibendes Fragment wird zu Acetylgruppe oxidiert. Dabei: NAD  NADH. 3. Coenzym A bindet Acetylgruppe  Acetyl-CoA

Outputs siehe oben.


5. AS Abbau: bes. Eigenschaften des Harnstoffzyklus: - Für AS gibt es keine einfache Speicherform wie Glukogen – müssen daher abgebaut werden - geschieht meistens in der Leber - beim Abbau wird meist alpha Aminogruppe entfernt und in Form von Harnstoff ausgeschieden. Das verbleibende Kohlenstoffgerüst wird vor allem zu Acetyl-CoA , aber auch zu Pyruvat, Oxalacetat oder anderen Intermediaten des Citratzyklus metabolisiert. Details: - Bei der Entfernung der Aminogruppe wird ein Ammoniumion (NH4) freigesetzt – dieses kann sehr leicht zum neurotoxischen Ammoniak (NH3) werden und muss daher schleunigst in ungefährlichen Harnstoff (CH4N2O) umgewandelt werden! - 1. Cabamoylphosphat-Synthetase bildet aus NH4 + Bicarbonat und 2 ATP Carbamoylphosphat - 2. Ornithin katalysiert Übertragung des Carbamoylrestes, es entsteht Citrullin - 3. Aus Citrullin uns Aspartat ensteht Argininosuccinat - 4. Aus Argininosuccinat wird gespaltet in Fumarat und Arginin - 5. Arginin wird zu Harnstoff und Ornithin hydrolysiert (Kreislauf komplett, Ornithin steht für neuen Umlauf zur Verfügung) - Harnstoff wird insgesamt auf Kosten von vier E reichen Phosphatgruppen synthetisiert (aber Entgiftung des toxischen Intermediat NH3 notwendig)

8. ATP Synthese: Oxidative Phosphorylierung (OP) vrs. Photophosphorylierung (PP) Gemeinsamkeiten

  • ATP Gewinn durch Chemiosmose
  • E reiche e werden durch ein Elektronentransportsystem in der Membran (nach steigendem Redoxpotential der Transportmoleküle) weitergegeben, wobei ein Teil der E dafür aufgewendet wird, Protonen durch die Membran zu pumpen und so einen elektrochemischen Gradienten über der Membran aufzubauen
  • Ein ATP – Synthase Komplex wirkt als „molekulares Wasserrad“ und nutzt die E der zurückfließenden Protonen um ADP zu phosphorylieren
  • Familie der Cytochrome in CHloroplasten und Mitochondrien sehr ähnlich
  • Auch ATP-Synthase Komplexe ähneln sich stark

Unterschiede Räumliche Anordnung

  • OP – an Mitochondrienmembran, pumpt H+ von Matrix in Intermembranraum
  • PP – an Thylakoidmembran, pumpt H+ von Thylakoidinnenraum ins Stroma

Herkunft der Energie

  • OP – E durch Oxidation von Nährstoffen (in Form von NADH und FADH2)
  • PP – E vom Licht (LichtE  chemische E)

Zweck des ATP

  • OP Aufrechterhaltung der Körperfunktionen
  • PP für Calvin-Zyklus bzw. Glucoseaufbau

H2O

  1. OP wird gebildet
  2. PP wird gespalten (lichtinduziert)

Substratkettenphosphorylierung  siehe Frage C13

9. Gluconeogenese vs. Glykolyse; Fettsäureabbau vs. -synthese — Gmeinsamkeiten & Unterschiede

Gluconeogenese vs. Glykolyse

7 der 10 enzymatischen Reaktionen der Gluconeogenese sind Umkehrungen derer in der Glycolyse

3 Reaktionen der Glycolyse sind aus thermodynamischen Gründen irreversibel: 1. Phosphorylierung der Glucose zu Glucose-6-Phosphat durch die Hexokinase/Glucokinase 2. Phsophorylierung von Fructose-6-Phosphat zu Fructose-6-Phosphat durch Phosphofructokinase 3. Bildung von Pyruvat aus Phosphoenolpyruvat durch Pyruvatkinase Diese 3 Reaktionen müssen bei der Gluconeogenes umgangen werden.

Lösung für die Gluconeogenese (energieaufwändig): 1. Pyruvat zu Phosphoenolpyruvat durch 2 exergone Reaktionen 2. Fructose-1,6-Bisphosphat zu Fructose-6-Phosphat durch irreversible Hydrolyse 3. Glucose-6-Phosphat zu Glucose durch Hydrolyse eine Phosphatrests.

Fettsäureabbau vs. -synthese

...?


11.Photosynthese: Licht und Dunkelreaktion

  1. In der Lichtreaktion wird Sonnen E in chemische E umgewandelt. Das vom Chlorophyll absorbierte Licht treibt die Übertragung von Protonen und e (vom Wasser) auf NADP+ (aktiviertes Trägermolekül, welches die Protonen vorübergehend speichert). Außerdem wird in der Lichtreaktion ATP erzeugt.
  2. In der „Dunkelreaktion“ (= Calvinzyklus) wird mithilfe von NADPH und ATP aus der Lichtreaktion Zucker erzeugt
  3. Details: Man kann den Calvinzyklus in drei Phasen unterteilen
    1. 1. Kohlenstoff Fixierung: ein CO2 Molekül wird aufgenommen indem es an Ribulose 1,5 bisphosphat (5C Atome) angelagert wird - verantwortliches Enzym: Rubisco – Produkt dieses Schrittes (ein Molekül mit 6 C Atomen) so instabil, dass es gleich in 2 Moleküle 3-Phosphoglycerat (3C) zerfällt
    2. 2. Reduktion: Glycerinaldehyd 3 phosphat entsteht
    3. 3. Regeneration des CO2 Akzeptors (Ribulose 1,5 bisphosphat)

12.

??? dieselbe Frage wie B12…. keine Ahnung???

14. Glyoxylatcyclus; Succinat; Glyoxisomen Glyoxylatzyklus, eine Variante des Citratzyklus, die es Bakterien und Pflanzen ermöglicht, Kohlenhydrate aus Fetten aufzubauen und diese als einzige Energiequelle zu nutzen. So gelingt es Sämlingen, über den "Glx"-Zyklus ihr "Energiepolster" (Öle, d.h. hoch-ungesättigte Fette) in alle für das Pflanzenwachstum benötigten Biopolymere (Zucker, Proteine) umzuwandeln. In den genannten Organismen ist dieser Zyklus in spezialisierten Zellorganellen, den Glyoxisomen, lokalisiert Succinat: kommt auch im Citratcyclus vor.

E 3. Was sind Keto(n)körper und welche Funktionen haben sie? Können aus AcetylCoA entstehen. Da das Hirn u. Erythrocyten Glucose benötigen und dies aber in Hungerperioden nicht unbegrenzt zur Verfügung steht. Es können auch manche AS als Glucoselieferanten herhalten(begrenzt). Das aus den FS hergestellte AcetylCoA kann nicht zu Glucose gemacht werden, somit senken Leber und Muskel den Glucoseverbrauch und der Muskel schickt sein Pyruvat zur Leber. Die Leber setzt das Glycerin und Pyruvat in Glucose um-> Blut. Die Leber deckt ihren Energiebedarf durch die FS oxidation, dd überschüssiges AcetylCoA da zu wenig OxAc (wird für die Gluconeogenese ben.), deswegen wird AcetylCoA zu Ketokörpern umgewandelt (Aceton), dd. Einsparung von Glucose und AS (auch bei Diabetes der Fall). Im Hungerzustand ersetzen Ketonkörper (Acetoacetat und 3-Hydroxybutyrat, die entsprechende reduzierte Verbindung) teilweise die Gluse als Energielieferant des Gehirns. Die wichtigsten Brennstoffe für den Muskel sind Glucose, Fettsäuren und Ketonkörper. Der Herzmuskel kann auch Ketonkörper verwerten; tatsächlich zieht er sogar Acetoacetat der Glucose vor.

4. Worin liegt die Bedeutung des Glyoxylat-Zyklus? -> 14.

6. = Frage D5

7. = Frage D8

9. Welche nützliche Rolle spielt UDP-Glucuronat im Stoffwechsel?

Es wird aus UDP-Glucose gewonnen und gehört? zu den Glucuroniden welche zur Entgiftung dienen.

Glucuronid= gepaarte Glucuronsäure Glucuronsäure: bildet in Form der aktiven G. unter Mitwirkung der Glucuronyltransferase v.a. in der Leber durch »Konjugation« mit Bilirubin, Steroidhormonen u. Abbauprodukten, Phenolen, Benzoesäure, Arzneimitteln etc. wasserlösliche Glucuronide (gepaarte G.), die durch die Niere u. Leber ausgeschieden werden können (wichtige Entgiftungsreaktion)

10. Wie erfolgt der Abbau von Fettsäuren ("ß-Oxidation")?

12. Citratcyclus:Produziert Reduktionsäquivalente und Vorstufen für Biosynthesen Aus der Glycolyse wird Pyruvat eingespeist, AcetyCoA aus dem FS Abbau und C-Ketten aus dem AS Abbau. Liefert Bausteine für Pyrimidinbasen, viele AS und Häm. Die Hauptaufgabe ist die Prod. von NADH für die Atmungskette.

15. Welche Funktionen hat der Pentosephophatweg? Der Pentosephosphatweg (cytoplasma) liefert NADPH und wandelt Monosaccharide ineinander um, die Ausgangssubstanz ist Glucose6Phosphat. 2 Teile: Der oxidative Teil liefert NADPH und D-Ribose-5-Posphat. NADPH wird für die Fettsäure- und Steroidsynthese gebraucht (dd. vorallem in Fett-Nebennierenrindengewebe). Der regenerative Teil kann Pentosen in Hexosen umwandeln und der Glycolyse zuführen.

16. Nennen Sie mögliche Ausgangsstoffe für die Gluconeogenese Oxalacetat, Pyruvat, Lactat

18. = Frage C17

21. Erläutern Sie in Stichworten wichtige Funktionen der Hormone Insulin und Glucagon Insulin: Ein Wirbeltierhormon, das den Blutzuckerspiegel senkt, indem es die Aufnahme von Glucose durch die meisten Körperzellen sowie die Synthese und Speicherung von Glycogen in der Leber fördert; regt außerdem die Protein- und Fettsynthese an Glucagon: Ein Peptidhormon das die Glucosekonzentration im Blut erhöht, Antagonist des Insulins


Z1: . Warum hat ATP ein so hohes Phosphatgruppenübertragungspotential?

Definition: Das Phosphatgruppenübertragungspotential ist eine thermodynamische Größe

und beschreibt wieviel Energie bei der Hydrolyse von 1 mol der Verbindung unter Standardbedingungen frei wird, Einheit wäre kJ/mol.

Bei Hydrolyse von ATP --> ADP+P sind folgende Faktoren für die höhe des Phosphatgruppenübertragungspotentials zu beachten: - elektrostatische Abstoßung im Molekül wird veringert. - freigesetztes P wird resonanz-stabilisiert - ADP wird deprotoniert - höherer Grad an Solvation wird erreicht.

für Strukturen siehe auch VO Kainz: pdf zu VL1 S.12 (Strukturelle Grundlage für das hohe Phosphatgruppen- Übertragungspotential von ATP)

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