VO Biochemie des Stoffwechsels, Ausarbeitung der Prüfungsfragen

Aus BioSalzburg

1. Teil

1. Angenommen die Änderung der freien Standardenthalpie einer Reaktion sei ΔG'=1,5kJ/mol. Erklären sie in Worten mit Hilfe der Gleichung ΔG'=ΔG'°+RT*ln([C][D]/[A][B]) die zellulären Bedingungen mit denen ΔG der Reaktion im Gegensatz zu den Standardbedingungen <0 werden kann.

• Wenn ΔG'=1,5kJ/mol --> endergonische Reaktion, dh es gibt mehr Ausgangsstoffe als Produkte, die Reaktion läuft nicht von selbst ab. Man muss der Reaktion Energie zuführen, damit sie abläuft --> ATP  ????

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

• Glykolyse ist der anaerobe Abbau von Glucose zu Pyruvat in 10 Schritten zur Energiegewinnung
• Im Cytoplasma
• Liefert Netto 2 ATP/Glucose-Molkül (Vorbereitungsphase: 2 ATP reinstecken, Energiegewinnungsphase: 4 ATP)
• Glucose (C6-Zucker) wird in 2 C3-Einheiten abgebaut (Endprodukt: 2x Pyruvat)
• Anaerobe Bedingung:ein Teil des Pyruvats muss zu Lactat (Milchsäuregärung) umgewandelt werden, um NAD+ zu regenerieren; oder zu Ethanol ( alkoholische Gärung)
• Aerobe Bedingungen: an die Glykolyse schließt sich der Citratzyklus und oxidative Phosphorylierung an --> Glucose kann unter größerem ATP-Gewinn zu CO2 und H20 veratmet werden.
• Pyruvat --> Acetyl-CoA (z. B. für Citratzyklus)

3. Citratzyklus: In welcher Form wird das Endprodukt der Glykolyse in den Citratzyklus eingeschleust? Was ist der Output dieses wichtigen Reaktionsweges?

• Pyruvat wird in der Matrix von Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex oxidativ decarboxyliert und als Acetyl-CoA eingeschleust.
• (Pyruvat + CoA-SH + NAD+ --> Acetyl-CoA + NADH + CO2)
• Acetyl-CoA wird vollständig zu CO2 abgebaut, Bildung von NADH und FADH2 und ATP-Gewinnung
• (Acetyl-CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2 H2O --> 2 CO2 + CoA-SH + 3 NADH + 2 H+ + FADH2 + GTP)

4. Oxidation von Fettsäuren: Wo in der Zelle? Wie gelangen FS dorthin? Warum nennt man den Abbau ß-Oxidation?

• Die Oxidation von FS findet in den Leberzellen in der Matrix statt (in Tieren und Pflanzen in Peroxisomen bzw. Glyoxysome)
• Die Hydrolyse und Aktivierung der FS findet im Cytosol statt und wir dann über Carnitin-Shuttlesystem in die Matrix transportiert
• ß-Oxidation besteht aus 4 Teilreaktionen: in der 3. Reaktion der Oxidation, wird die ß-Hydroxylgruppe in die ß-Ketogruppen umgewandelt --> ß-Oxidation

5. Biosynthese und Abbau von Nukleotiden: Rolle der Nukleotide im Stoffwechsel. Besonderes an der de-novo Synthese von Pyrimidinnucleotiden.

• Bausteine der Nucleinsäuren
• Energieträger ATP und GTP
• Bestandteile von Cofaktoren zb NAD, FAD, CoA
• Sekundäre zelluläre Botenstoffe cAMP und cGMP
• Vorstufe: PRPP
• De-novo-Synthese von Pyrimidinnucleotide: werden als Orotat synthetisiert, an Ribose gebunden und dann zu den üblichen Pyrimidinen umgewandelt

6. Photorespiration bei C3-Pflanzen: Biochemische Grundlagen

• Rubisco ist nicht spezifisch für CO2
• Hat auch Oxygenase-Aktivität, wenn zu wenig CO2 und zuviel O2 vorhanden--> RuBP-Carboxylase/Oxigenase
• Mit steigender Temp. nimmt Affinität für CO2 ab
• Kondensation von O2 (O2-Verbrauch) mit RuBP --> P-Glycolat + 3-P-Glycerat
• CO2-Freisetzung
• „Atmung“ verbraucht ATP

7. ATP-Synthese: Oxidative- und Photophosphorylierung - Gemeinsamkeiten und Unterschiede – Substratkettenphosphorylierung (Beispiel!)

• Substratkettenphosphorylierung: Z.B. bei der Glykolyse: Phosphoenolpyruvat --> Pyruvat und gleichzeitige Umsetzung von ADP und Pi zu ATP
• Als Unterschied zur ATP-Erzeugung über Protonengradienten bei Oxidative- und Photophosphorylierung

• Gemeinsamkeiten
• e- werden über eine Reihe von Transportmolekülen in einer Membran (Atmungskette: innere Mitochondrienmembran; Photophosphorylierung: Thylakoidmembran) geschickt, zu immer niedrigerem Redoxpotential auf endgültigen Akzeptor (Atmungskette: molekularer Sauerstoff; Photophosphorylierung: NADP+)
• Elektronenfluss ist mit Protonenfluss gekoppelt --> erzeugt pmf --> Antrieb der ATP-Synthase (Protonen wandern in Matrix bzw. Stroma) über F0 Teil der Synthase --> stimuliert Konformationsänderung von F1-Teil --> Freisetzung von ATP in Matrix bzw Stroma
• Protonengradient hat relativ zur ATP-Synthase immer dieselbe Orientierung
• Unterschiede
• Atmungskette: e- kommt von NADH
• Photophosphorylierung: e- kommt von Spaltung des H2O (Energie dazu von Photon)

8. Fettsäureabbau vs. -synthese: Gemeinsamkeiten und Unterschiede

• Fettsäureabbau vs. –synthese
• Unterschiede:

Synthese im Cytosol, Abbau in der Matrix ­ Träger: Synthese: ACP; Abbau: CoA ­ Bausteine: Synthese: Malonyl-CoA; Abbau: Acetyl-CoA ­ Redoxenzyme: Synthese: NADPH; Abbau: NADH

• Gemeinsamkeiten:

­ Zunächste sind auch bei der Synthese die Bausteine Acetyl-CoA bis sie aktiviert werden --> Malonyl-CoA ­ 4stufige Reaktionsfolge bei beiden

9. Ketokörper: Ihre Rolle im Stoffwechsel

• Synthese: FS werden in Ketokörper umgewandelt: Acetoacetat ist die Aneinanderreihung von Acety-CoA und ß-Hydroxybutyrat die Reduktion von Acetoacetat
• Z. B. im Hungerzustand kommt es zu einem Überangebot an Acetyl-CoA --> die ß-Oxidation läuft auf Hochtouren um Reduktionsäquivalente für die ATP-Synthese bereit zu stellen
• Acetyl-CoA kann nicht in den Citratzyklus, da Oxalacetat verknappt und für die Gluconeogenese abgezogen wird, um den Glucosemangel auszugleichen
• Acetyl-CoA wird in der Leber zu Ketonkörper (Acetoacetat und ß-Hydroxybutyrat) umgewandelt, damit der katabole Stoffwechsel nicht aufgrund mangelndem CoA zum Erliegen kommt
• Ketokörper werden zur wichtigsten Energiequelle des Gehirns und der Muskeln

10. Photosynthese: Dunkelreaktion und ihr Zusammenhang zur Lichtreaktion

• Lichtreaktion bildet NADPH und ATP zur CO2-Fixierung und Zuckerproduktion in der Dunkelreaktion
• Phase 1 der Dunkelreaktion: CO2 wird fixiert und zu Glycerinaldehyd-3-P reduziert --> Produktion von Hexosenphosphaten und Polysaccharide
• Phase 2: Regeneration : G3P wird genutzt um Akzeptormolekül Ribulose-1,5-Bisphosphat zu regenerieren

11. AcetylCoA → Kohlenhydrate (bei Pflanzen): Wie heißt dieser Stoffwechselweg? Was ist der Unterschied zum Citratzyklus?

• Glyoxylat-Zyklus
• In Glyoxisomen, nicht in Mitos
• Keine Decarboxylierung, aber Glyoxylat
• Succinat als Abfall

12. Glyoxylatcyclus; Succinat; Glyoxisomen

• Anabolische Variante des Citrat-Zyclus (bei höheren Pflanzen) in den Glyoxysomen
• Beide Decarboxylierungsschritte werden umgangen
• Die zwei C-Atome werden als Glyoxylat gerettet
• Succinat ist Abfall des Glyoxylat-Zyklus und wird in Citrat-Zyklus eingespeist
• Die beiden Zyklen werden gemeinsam in Glyoxysomen reguliert

13. Was kann aus Pyruvat im Stoffwechsel alles werden?

• Anaerob: Lactat (Milchsäuregärung) oder Ethanol (alkoholische Gärung)
• Aerob: Acetyl-CoA (oxidative Decarboxylierung)
• Alanin: Brücke zum AS-Stoffwechsel (Transaminierung)
• Oxalacetat: zum Auffüllen des Citratzyklus oder als Brücke zur Gluconeogenese (Carboxylierung)

14. Erklären Sie die Bedeutung von Lactat im Stoffwechsel

• Pyruvat wird unter anaeroben Bedingungen zu Lactat reduziert um NAD+ zu regenerieren
• Cori-Zyklus: verbindet muskuläre Glykolyse und hepatische Gluconeogenese mit einer hämolytischen Anämie
• Gluconeogenese in der Leber (Glucoseaufbau) --> Glucoseversorgung arbeitender Muskeln und des Gehirns in Hungerphasen
• Bei energie bedarf und O2-Mangel: Muskeln nutzen Glykolyse zur ATP-Produktion --> Lactat entsteht --> Transport in Leber
• Leber oxidiert Lactat zu Pyruvat, macht wd Glucose draus und transportiert sie zum Muskel

15. Verbinden Sie zeichnerisch Pyruvat mit CoA, bezeichnen Sie den Rest, der nicht für die Reaktion relevant ist mit "-R" (Da waren zwei Strukturformeln aufgezeichnet, und man musste die wohl miteinander verbinden)

16. Was passiert mit Glycerin im Körper, nachdem es von der Lipase nach der Spaltung von Triglyceriden entsteht?

• Glycerin wird wie die FS auch in Gewebe aufgenommen und in Dihydroxyacetonphosphat umgewandelt und in den Glucosestoffwechel eingeschleust
• Dihydroxyacetonphosphat ist ein Intermediat für Glycolyse und Gluconeogenese

17. Was macht die Pyruvat-Dehydrogenase und wo in der Zelle findet das statt?

• In der Matrix
• Pyruvat-Dehydrogenase ist der E1-Teil des Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex, der Pyruvat durch oxidative Decarboxylierung zu Acetyl-CoA umwandelt

18. Was macht die Pyruvat-Carboxylase und wo in der Zelle findet das statt?

• Pyruvat–Carboxylase ist das erste Enzym der Gluconeogenese für die erste Umgehungsreaktion
• Das Enzym nutzt Biotin als prosthetische Gruppe um Carboxylgruppe auf Pyruvat zu übertragen --> Carboxyliert Pyruvat zu Oxalacetat
• ATP-Verbrauch
• In der Matrix

19. Was verbindet den Harnstoffzyklus mit dem Citratzyklus?

• Im Harnstoff-Zyklus wird Fumarat gebildet --> tritt in den Citrat-Zyklus ein
• Oxalacetat nimmt durch Transaminierung eine Aminogruppe auf --> Aspartat

Aspartat gibt seine Aminogruppe in der Arginin-Succinat-Synthetase Reaktion im Harnstoffzyklus ab

20. Was versteht man unter dem Glucose-Alanin-Zyklus?

• Alanin ist intrazellulärer Transporter für Aminogruppen
• Der Glucose-Alanin-Zyklus ist eine Variante des Cori-Zyklus
• Beim Abbau von Muskelprotein fällt Alanin an, wird von Muskel in Leber transportiert und dort zu Pyruvat transaminiert
• Pyruvat mündet wd in Gluconeogenese ein --> Glucosegewinnung
• Transaminierung ist reversibel --> Pyruvat kann wd zu Alanin werden und in Proteinbiosynthese eingeschleust werden

21. woran erkennt man dass die Glycolyse ein oxidativer Prozess ist?

• NADH wird hergestellt
• Glucose zu Pyruvat

22. Wie können Glucose-6-P und Acetyl-CoA jeweils im Stoffwechsel weiter-metabolisiert werden?

• Glucose-6-P: Glucose (Gluconeogense), Ribose-5-P (Pentosephosphatweg), über Fructose-6-P zu Pyruvat (Glykolyse), Glykogen (Glykogensynthese)
• Acetyl-CoA: CO2 (Citratzyklus), Citrat (Transportform), FS (Synthese), Ketonkörper (Ketogenese), Cholesterin

23. Definieren Sie "Substratkettenphosphorylierung" und geben Sie ein Beispiel

• Z.B. bei der Glykolyse: Phosphoenolpyruvat --> Pyruvat und gleichzeitige Umsetzung von ADP und Pi zu ATP
• Als Unterschied zur ATP-Erzeugung über Protonengradienten (bei oxidative- und Photophosphorylierung)

24. Was sind die Unterschiede von Glycolyse und Gluconeogenese?

• Glykolyse
• Im Cytosol
• Pyruvatkinase, PFK-I, Hexokinase
• Glukose wird zu Pyruvat abgebaut
• Netto: 2 ATP-Gewinn
• Reziproke Regulierung:

z. B. Acetyl-CoA hemmt PDH Frc-2,6 bisP stimuliert PFK-I ATP und Citrat hemmen PFK-I

• Gluconeogenese
• Mitos (1.Schritt), Cytosol (2.-9. Schritt), Lumenseite des ER (10. Schritt)
• 7 Reaktionen stimmen überein;
• 3 Umgehungsreaktionen der irreversiblen Reaktionen: Pyruvat-Carboxylase, PEP-Carboxykinase; F-1,6-bisPase, Glc-6-Pase
• Aufbau Glukose aus einfachen Vorstufen, die keine Kohlenhydrate sind, benötigt glucogene AS
• Verbrauch von 4 ATP und 2 GTP
• Reziproke Regulierung:

Acetyl-CoA aktiviert PC Frc-2,6 bisP hemmt Frc-1,6-bisPase ATP und Citrat stimuliert Frc-1,6-bisPase Läuft nie gleichzeitig ab --> keine Leerlaufzyklen

25. Beschreiben oder skizzieren Sie den Harnstoffzyklus.

• Matrix und Cytosol
• Siehe Skript ;)

26. Warum gibt es unterschiedliche Elektronencarrier, je nachdem, ob katabolisch oder anabolisch?

• Z. B. NADPH/NADP+ (anabol) und NADH/NAD+ (katabol) --> anabole und katabole Reaktionen können im selben Kompartiment stattfinden???

27. Fettsäuren – Aktivierung von Acetyl-CoA; Von welchem Enzym wird diese Reaktion katalysiert?

• Synthese: Aktivierung von Acetyl-CoA zu Malonyl-CoA von Acetyl-CoA-Carboxylase, biotinhaltig
• Im Cytosol

28. Was ist Lipolyse? Welche Hormone regulieren diese?

• Lipolyse ist die hydrolytische Spaltung von Neutralfetten (Triacylglyerinen) durch Lipasen aus dem Fettgewebe in Glycerin und FS;
• Reguliert durch: Insulin (hemmt); aktiviert: Glucagon, Adrenalin, Noradrenalin, Cortison

29. Aminotransferasen/Transaminasen – Aufgabe (AST, ALT)?

• Katalysieren Transaminierungen: Übertragung von Aminogruppen auf α-Ketoglutarat --> Glutamat
• Coenzym: PLP --> Carrier der Aminogruppen
• Für jede AS gibt es eine spezifische Aminotransferase
• AST = Aspartat-Aminotransferase; ALT = Alanin-Aminotransferase
• Wenn bestimmte Zellen beschädigt werden sondern diese Enzyme ins Blut ab. Diese Absonderung kann gemessen werden und zeigt den Grad der Zellschädigung an. ALT und AST sind solche Enzyme. ALT- und AST-Werte erhöht bei Patienten mit Herzgefäß-, Leber- und Muskelerkrankungen

30. Gemeinsamkeiten von Calvin-Zyklus und Glyoxylat-Zyklus?

• Gemeinsame Regulierung in Glyoxysomen
• Glyoxylat-Zyklus ist die anabolische Variante des Calvin-Zyklus
• Ausgangsstoffe gleich: Acetyl-CoA und Oxalacetat
• Oxalacetat wird regeneriert
• Verbindung über Succinat

31. Kurzstreckensprint – Stoffwechselvorgänge in Muskeln, Leber und Fettgewebe?

• Sprinter verwenden vorhandenes ATP im Muskel, Creatinphosphat und Muskelglycogen (anaerobe Glycolyse)
• Aus Creationphosphat hat ein höheres Gruppenübertragungspotential als ATP, daraus kann schnell ein hoher ATP-Spiegel hergestellt werden, hält nur für kurze Zeit
• Muskelglycogen: ATP-Gewinn durch Glycolyse; Mangel an NAD+ --> Pyruvat wird zu Lactat reduziert --> NAD+ Regeneration
• Lactat wird in die Leber transportiert und in die Gluconeogenese eingespeist --> Glucose wird wd an Muskel weitergegeben --> Cori-Zyklus
• Im Ruhezustand nutzt der Muskel FS als Energielieferant
• (Marathonlauf: Glycogenvorrat reicht nicht --> Hälfte der Energie wird aus FS bezogen

niedriger Blutzucker mobilisiert FS aus dem Fettgewebe: ß-Oxidation liefert Acetyl-CoA --> bremst Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex (hemmt Umwandlung von Pyruvat zu Acetyl-CoA --> Glucose wird gespart, so dass am Ende gerade noch genug da ist)

32. Cholesterin – wo befindet es sich im Körper? Arten von Cholesterin und deren Funktion.

• Wo: hauptsächlich von der Leber synthetisiert, Transport in Lipoproteinen, in tier. Zellmembranen, peripheres Gewebe
• Ausgangssubstanz für Steroidhormone und Gallensäure
• Funktionen: wichtiger Bestandteil tierischer Zellmembranen, reguliert Membranfluidität (stört das Erreichen eines parakristallinen Zustandes; verhindert eine zu große Fluidität , wirkt als Treibanker), kommt nicht in der mitoch. Membran vor
• Arten: Chylomikronen???, LDL (Hauptträger von Cholesterin), HDL, VLDL, IDL

33. Umwandlung von Pyruvat zu Laktat - warum?

• Regenerierung von NAD+
• Unter anaeroben Bedingungen

34. Gicht – Grund dafür. Warum ist die Krankheit vorwiegend in westlichen Ländern zu finden?

• Gicht = Hyperurikämie
• Harnsäure und Urat sind schlecht wasserlöslich
• Vermehrter Nucleotidabbau führt zu Gicht

--> Übersättigung der Körperflüssigkeiten mit Urat --> auskristallisieren in Gelenken und Niere

• Wegen der in den westlichen Industrienationen sehr fleischlastigen Ernährung

--> erhöhten Harnsäurewerten im Blut (Hyperurikämie)

35. Acetyl-CoA – Woraus entsteht es? Was kann daraus werden?

• Knotenpunkt Acetyl-CoA
• Woraus entsteht es: aus FS (β-Oxidation), Pyruvat (aus der Glykolyse), Abbau ketogener AS
• Was wird daraus: Citrat (Transportform), FS, CO2(Citratzyklus), Ketonkörper (bei Hungerperiode oder Diabetes, damit kein CoA- Mangel entsteht), Cholesterin

36. Strukturformeln von Coenzym A, Harnstoff und Pyruvat waren aufgezeichnet, man musste sie erkennen und bezeichnen.

37. Rolle von Creatinphosphat

• Kreationphosphat hat hohes Phosphatgruppenübertragungspotenzial --> kann für kurze Zeit hohen ATP-Spiegel generieren
• Ist eine Energiereserve im Muskelstoffwechsel
• Aus Arginin und Glycin => Kreatinphosphat und Ornithin (wird im Harnstoffzyklus wd zu Arginin regeneriert)

38. Warum wird Glucose manchmal zu Lactat abgebaut und geht nicht in den Citratzyklus?

• Milchsäuregärung --> unter anaeorben Bedingungen
• Dabei wird NAD+ regeneriert
• Lactat ist eine metabolische Sackgasse --> muss erst zu Pyruvat rückverwandelt werden, bevor es Anschluss an Rest des Stoffwechsels finden

39. Enzymbegrenzte Reaktion – Was ist da los?

• Vom Gleichgewicht weit entfernt
• Enzym ist schwach; Geschindigkeit der Substratumsetzung begrenzt (Vergleich mit Staumauer)

40. Glucagon, Glycogen, Insulin: Was bewirken sie im Körper?

• Glykogen: Glucose kommt mit der Nahrung in Schüben --> Puffer benötigt um Blutzuckerspiegel konstant zu halten --> Glykogen: weit verzweigtes Glucosepolymer
• Glucagon: Peptidhormon zur Erhöhung des Blutglucosespiegels
• Insulin: Gegenspieler von Glucagon

41. Omega3 Fettsäuren

• Prävention degenerativer Erkrankungen z. B. Schuppenflechte
• Senkung der Risikofaktoren
• Steigerung der protektiven Faktoren
• Spezielle Gruppe der ungesättigten FS, gehören zu den essentiellen z. B. Linolensäure, Eicosapentaensäure, Docosahexansäure

42. Welche zentrale Rolle spielt der Citratzyklus im Intermediärstoffwechsel?

• Entstehung reduzierender Cofaktoren NADH und FADH2; GTP-Gewinn
• Acetyl-CoA tritt in Citratzyklus ein, wird vollständig zu CO2 oxidiert
• C4 und C5- Zwischenprodukte dienen als Biosynthesevorstufen

--> Citratzyklus geht katabole und anabole Wege

• Verbrauchte Zwischenprodukte werden durch anaplerotische Reaktionen nachgeliefert
• Kopplung mit Harnstoffzyklus: Citratzyklus nimmt Fumarat auf und stellt Oxalacetat zur Verfügung für Transaminierung

43. Was ist Gluconeogenese? Aus welchen Molekülen entsteht was?

• Aufbau von Glucose aus einfach Vorstufen, die keine Kohlenhydrate sind
• Ausgangsstoffe: Lactat, Pyruvat, Glycerin, glucogene AS (Alanin, Gln…)
• Umkehrung der Glykolyse bis auf 3 Umgehungsreaktionen der irreversiblen Reaktionen: Pyruvat-Carboxylase, PEP-Carboxykinase; F-1,6-bisPase, Glc-6-Pase
• Lokalisation: Mitos (1.Schritt), Cytosol (2.-9. Schritt), Lumenseite des ER (10. Schritt)

44. Was ist VLDL, LDL, HDL, IDL?

• Das sind Lipoproteine, werden in Leber und Darm synthetisiert
• Klassifizierung erfolgt nach physikalischer Dichte:

VLDL (very low density lipoproteins) --> Transport endogener Lipide IDL (intermediate density lipoproteins) --> Bindeglied zw VLDL und LDL LDL (low density lipoproteins) --> hoher Cholesteringehalt HDL (high density lipoproteins) --> Rückführung von Cholesterol aus Blut in Leber

• Lipoproteine steuern Transport und Verwertung von Lipiden (Cholesterin und Triglycerine)

45. Was ist protonenmotorische Kraft?

• E- fließen von NADH durch eine Reihe von Carriern in der inneren Mitochondirenmembran
• Elektronenfluss wird von Protonenfluss begleiten --> Protonen werden aus der Matrix gepumpt
• Dabei entsteht ein chemischer Gradient und ein el. Gradient

Außenseite wird sauer und positiv

• Dadurch wird die protonenmotorische Kraft pmf erzeugt, liefert Energie und treibt die H+ durch F0 der ATP-Synthase zurück in die Matrix
• Atmungskette und ATP-Synthese sind getrennte Systeme, die über pmf zusammenhängen

46. Unter welchen Bedingungen entsteht wie wieviel Harnstoff (Harnstoffzyklus)

• Bei Abbau von AS wird die Aminogruppe abgespalten und im Harnstoffzyklus zu Harnstoff umgewandelt, die ausgeschieden wird
• 3 Bedingungen zum AS-Abbau:

während Hungerperiode oder Krankheit nach „Ablaufdatum“ der Proteine, AS die für die Synthese nicht mehr gebraucht werden proteinreiche Diät --> AS können nicht gespeichert werden

47. Welchen biochemischen „Trick“ verwendet der Körper bei 37°C um inerte CH2-CH2 Bindungen (z.B. in ß-Oxidation) reaktionsfreudiger zu machen?

• CH2-CH2 ist relativ stabil
• In der β-Oxidation werden die ersten 3 Reaktionen (Oxidation, Hydratisierung und Oxidation) genutzt um eine weniger stabile C-C-Bindung zu machen; α-C-Atome ist mit 2 Carbonyl-Kohlenstoffen verbunden
• Die Keto-Funktion des β-Kohlenstoffs ist ein günstige Stelle für einen nukleophilen Angriff durch SH-Gruppe des CoA; wird durch Thiolase katalysiert
• Acidität des α-C-Atoms --> leichter Abgang eines Protons --> endständige Acetyl-Gruppe ist eine gute Abgangsgruppe, was die Spaltung der α- β-Bindung erleichtert

48. Citrat-Zyklus in Stichworten! Beschr, nicht Reaktionsgleichungen

• Aerob, Matrix
• 8 Reaktionen, wovon 4 Oxidationsschritte sind
• Entstehung reduzierender Cofaktoren NADH und FADH2; GTP-Gewinn
• Acetyl-CoA tritt in Citratzyklus ein, wird vollständig zu CO2 oxidiert
• C4 und C5- Zwischenprodukte dienen als Biosynthesevorstufen

--> Citratzyklus geht katabole und anabole Wege

• Verbrauchte Zwischenprodukte werden durch anaplerotische Reaktionen nachgeliefert
• Acetyl-CoA + Ocalacetat --> Citrat --> cis-Aconitat (Enzymgebundenes Intermediat) --> Isocitrat --> α-Ketoglutarat --> Succinyl-CoA --> Succinat --> Fumarat --> Malat --> Oxalacetat
• Regulation: Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex, Citrat-Synthase, Isocitrat-Dehydrogenase, Ketoglutarat-Dehydrogenase, rückwirkende Hemmung bei zuviel Produkten

49. Def. Alpha und beta-Oxidation, Teilschritte der beta-Oxidation

• β-Oxidation: Abbau von gesättigten FS zu Acetyl-CoA

­* Oxidation: durch FAD Acyl-CoA --> trans-Enoyl-CoA (Acetyl-CoA-Dehydrogenase) trans-Doppelbindung zwischen C2 und C3 entsteht ­* Hydratisierung: Wassereinlagerung --> 3-Hydroxyacyl-CoA Wasseraddition erfolgt an der Doppelbindung ­* Oxidation: durch NAD+ --> 3-Ketoacyl-CoA (Hydratase) β-Hydroxylgruppe wird zu β- Ketogruppe umgewandelt --> β-Oxidation ­* Thiolyse: --> Acyl-CoA (um 2 Cs verkürzt) + Acetyl-CoA (Thiolase) vom Carboxylende her Acetyl-CoA abgespalten ­* Verkürzte Acyl-CoA durchläuft β-Oxidation solange bis sie vollständig zu Acetyl-CoA abgebaut wurde

• α-Oxidation: Abbau von verzweigten FS z. B. Phytansäure

vorhandene Methylruppen behindern β-Oxidation ­(α-Oxidation bis Pristansäure, dann β-Oxidation --> Acetyl-CoA + Propionyl-CoA + Isobutyryl-CoA Propionyl-CoA & Isobutyryl-CoA werden zu Succinyl-CoA (geht in Citratzyklus)

2. Teil

50. Welche Rolle spielt Acetoacetat und beta-Hydroxybutyrat?

• Acetoacetat und β- Hydroxybutyrat sind Ketonkörper
• Wird bei Überschuss an Acetyl-CoA gebildet
• Leber reicht Ketonkörper über Blutweg an peripheres Gewebe wie Gehirn, Herz, Niere
• Bei längerem Glucosemangel nutzt das Gehirn Acetoacetat zur Energieerzeugung

51. Warum ist in Erythrozyten das Endprodukt der Glycolyse nicht Pyruvat sondern Lactat?

• Eryis haben keine Mitochondrien; einzige Energiequelle ist anaerobe Abbau von Glucose in Lactat

52. Worin ähneln sich oxidative und Photo-Phosphorylierung?

• e- werden über eine Reihe von Transportmolekülen in einer Membran (Atmungskette: innere Mitochondrienmembran; Photophosphorylierung: Thylakoidmembran) geschickt, zu immer niedrigerem Redoxpotential auf endgültigen Akzeptor (Atmungskette: molekularer Sauerstoff; Photophosphorylierung: NADP+)
• Elektronenfluss ist mit Protonenfluss gekoppelt --> erzeugt pmf --> Antrieb der ATP-Synthase (Protonen wandern in Matrix bzw. Stroma über F0 Teil der Synthase --> stimuliert Konformationsänderung von F1-Teil --> Freisetzung von ATP on Matrix bzw Stroma)
• Protonengradient hat relativ zur ATP-Synthase immer dieselbe Orientierung

53. Def. folgender Begriffe: Glycogen, Glucagon, glucogene AS, Glycogenin, Glucokinase

• Glykogen: Glucose kommt mit der Nahrung in Schüben --> Puffer benötigt um Blutzuckerspiegel konstant zu halten --> Glykogen: weit verzweigtes Glucosepolymer
• Glucagon: Peptidhormon zur Erhöhung des Blutglucosespiegels; fördert Glykogenabbau zu Glucose, und Glucoseabgabe ins Blut
• Glucogene AS: AS bei deren Abbau Apruvat oder Zwischenprodukte des Citratzyklus entstehen können; diese Produkte können über Gluconeogenese Glucose bilden
• Ketogene AS: AS bei deren Abbau Acetyl-CoA oder Acetoacetat entsteht --> Ketogenese
• Glycogenin: cytosolisches Protein: startet de-novo-synthese von Glukagon; verbaucht UDP-Glucose zu einer Starterkette von ca. 8 Glukoseresten; dann wirkt Glucogenin weiter als Cofaktor der Glykogen-Synthase
• Glucokinase: ist ein Isoenzym der Hexokinase; kommt in der Leber vor und wandelt Glucose in Glucose-6-Phosphat um; Km 50 mal höher als der der Hexokinase

54. In welchen Kompartimenten der Zelle erfolgt: Glykolyse, Gluconeogenese, Fettsäuresynthese, Harnstoffzyklus, beta-Oxidation

• Matrix: beta-Oxidation, Gluconeogenese (1. Schritt), Ketonkörperbildung, Citratzyklus, Harnstoffzyklus (Vorbereitungsschritt und 1. Schritt des eigentlichen Zyklus)
• Cytosol: Glykolyse, Fettsäuresynthese, Gluconeogenese (2.-9. Schritt), Pentosephosphatweg, Harnstoffzyklus (2.-4. Schritt)
• Lumen des ER: Gluconeogenese (10. Schritt)

55. Welche der folgenden Stoffwechselwege werden durch Insulin stimuliert, welche gehemmt? Leber: Glycolyse +++, Gluconeogenese ---, Glucoseaufnahme---???, Glycogenbiosynthese+++, Glycogenolyse---; Fettgewebe: Glucoseaufnahme +++ , Glycolyse---, Triacylglycerinsynthese+++, Lipolyse---; Muskulatur: Glucoseaufnahme+++, Glycogenbiosynthese +++, Glycogenolyse---, Proteinbiosynthese+++, Proteinabbau---

56. Strukturformel richtige Namen geben. (Acetyl-CoA, Pyruvat & Harnstoff)

57. Was ist kanalisierte Substratübertragung?

• 2 Enzyme bilden einen funktionellen Komplex, so dass das Zwischenprodukt nie frei im Lsgmittel ist; dadurch kann keine Rückreaktion stattfinden --> kanalisierteSubstratübertragung
• Zur Kopplung von endergonischen und exergonischen Reaktionen
• Z. B. beim Zwischenprodukt: 1,3-Bisphosphoglycerat

58. Nennen sie 5 Moleküle, die als Coenzyme bei Elektronentransfer-Reaktionen eine Rolle spielen.

• NAD+, FAD, NADP, Chlorophyll a, FMN, Fe-S-Proteine, Coenzym Q

59. Reaktionsprinzip der Atmungskette in Stichworten

• Elektronentransportkette bei der e- von NADH oder FADH2 über eine Reihe von e-Carriern auf molekularen Sauerstoff übertragen werden (letzten Akzeptor mit hoher e-Affinität)
• Besteht aus 4 Komplexen und einem anschließenden 5. Komplex, der ATP-Synthase --> alle in der inneren Mitochondrienmembran lokalisiert
• Die prosthetischen Gruppen bzw Coenzyme der Atmungskette stellen Redoxpaare dar, die e- auf- und wd abgeben können
• E- fließen von dem Redoxpaar mit weniger positiven Redoxpotential auf Redoxpaar mit positiverem Redoxpotential
• NADH + H+ --> NAD+ +2H+ + 2e- --> O2- + 2H+ --> H2O
• Komplex 1,3 und 4 --> Translokation von H+ aus der Matrix in den Zwischenraum

--> pmf für Antrieb der ATP-Synthese

• Protonen fließen durch F0-Teil der ATP-Synthase --> stimuliert Konformationsänderung von F1 --> Freisetzung von ATP in die Matrix

60. Was ist die Beta-Oxidation?

• Läuft in der Matrix ab
• Ist der Abbau von gesättigten FS zu Acetyl-CoA (C2-Einheiten) in 4 Teilreaktionen

­ 1. Oxidation: durch FAD Acyl-CoA --> trans-Enoyl-CoA (Acetyl-CoA-Dehydrogenase) trans-Doppelbindung zwischen C2 und C3 entsteht ­ 2. Hydratisierung: Wassereinlagerung --> 3-Hydroxyacyl-CoA Wasseraddition erfolgt an der Doppelbindung ­ 3. Oxidation: durch NAD+ --> 3-Ketoacyl-CoA (Hydratase) β-Hydroxylgruppe wird zu β- Ketogruppe umgewandelt --> β-Oxidation ­ 4. Thiolyse: --> Acyl-CoA (um 2 Cs verkürzt) + Acetyl-CoA (Thiolase) vom Carboxylende her Acetyl-CoA abgespalten ­ Verkürzte Acyl-CoA durchläuft β-Oxidation solange bis sie vollständig zu Acetyl-CoA abgebaut wurde

61. Wo wird Malonyl-CoA gebraucht und wie?

• Bei der Fettsäuresythese
• Acetyl-CoA muss zunächst chemisch aktiviert werden:

Acetyl-CoA + ATP+ HCO3- --> Acetyl-CoA-Carboxylase-Reaktion -->Malonyl-CoA (CO2 wird unter ATP-Verbrauch auf Acetyl-CoA übertragen)

• Fettsäuren werden durch eine 4-stufige Reaktionsfolge synthetisiert, bei der sich die Fettsäurescylkette jedes Mal um 2 C-Atome verlängert
• Beginn: Malonyl- und Acetylgruppe wird durch Thioester aktiviert und mit der Fettsäuresynthase verknüpft
• 1. Kondensation: CO2 von Malonylrest wird abgespalten und gleichzeitig Acetyl-Rest angehängt --> Acetoacetylrest
• 2. Reduktion: zu Alkohol
• 3. Dehydratisierung: Eliminierung von H2O erzeugt Doppelbindung
• 4. Reduktion: der Doppelbindung --> gesättigte Acylgruppe um 2 Cs verlängert
• Vor der nächsten Reaktionsfolge: Verschiebung der verlängerten Acylgruppe, wo vorher die Acetylgruppe gebunden hat & Anlagerung einer neuen Malonylgruppe usw.

62. Wo landen die Elektronen bei der Oxidativen – und Photophosphorylierung?

• Oxidative Phosphorylierung: 2e- von NADH gelangt über eine Reihe von e—Carriern auf letzten Akzeptor mit hoher e--Affinität: ½ O2
• Photophosphorylierung: durch Anregung des PS II durch ein Photon wird H“O gespalten und e- auf primären Akzeptor Quinon Q übertragen --> fällt über eine Reihe von Transportmolekülen schließlich auf endgültigen Akzeptor NADP+

63. Welche Stoffe können aus dem Citratzyklus entstehen?

• Acetyl-CoA wird in dem Citratzyklus vollständig zu CO2 oxidiert
• Anabole Weg:

Oxalacetat und α-Ketoglutarat sind wichtige Vorstufen für AS und Nukleotide Succinat: essenzieller Baustein bei Porphyrinbiosynthese Citrat: FS Malat: Glucose über Gluconeogenese

64. Was ist das inducet fit bei Enzymen?

• Hexokinasen passen sich ihrem Substrat an
• Sowohl Substrat als auch Enzym ändern ihren Konformation für maximale intermolekulare WW zwischen aktiven Zentrum und dem Substrat-Übergangszustandes
• Gleichgewicht wird nicht verändert, nur die Aktivierungsenergie heruntergesetzt

65. Erläutern Sie die Funktion von Harnstoff und Harnsäure in unserem Körper

• Beim Abbau von AS entsteht Ammoniak, das stark neurotoxisch ist; muss entfernt werden
• Harnstoffzyklus: baut NH3 in Harnstoff ein, der dann ausgeschieden wird

• Harnstoff und Harnsäure sind die Hauptabbauprodukte der Nucleotide:
• Abbau der Purine: Harnsäure wird ausgeschieden
• Pyrimidinabbau führt zu NH3 das in den Harnstoffzyklus eingespeist wird --> Ausscheidung in Form von Harnstoff

66. Worin liegt die Bedeutung des Glyoxylat-Zyklus?

• Anabolische Variante des Citrat-Zyklus
• Bei de Decarboxylierungsschritte werden umgangen
• C2-Körper wird als Glyoxylat gerettet
• In Glyoxysomen bei keimenden Samen höherer Pflanzen
• Succinat wird als Abfall in Citratzyklus eingespeist

67. Was wissen sie über den katabolischen Abbau der AS?

• AS haben keine typische Speicherform und müssen daher abgebaut werden oder zur Synthese von Proteinen verwendet werden
• Abbau unter 3 versch. Bedingungen:

Abbau zellulärer Proteine: nach normalem „Ablaufdatum“, während Hungerperioden oder Krankheit und bei proteinreicher Diät

• Beim Abbau der AS wird die α-Aminogruppe entfernt und als Harnstoff ausgeschieden
• Transporter der Aminogruppen ist Glutamat, Glutamin oder Alanin
• Das C-Gerüst der 20 versch. AS führt zu nur zu 5 Produkten (Acetyl-CoA (Pyruvat, Acetoacetyl-CoA), α-Ketoglutarat, Succinyl-CoA, Fumarat und Oxalacetat

treten in den Citratzyklus ein oder werden der Gluconeogenese o. FS-Synthese zugeführt Peptidasen spalten C-N-Bindung der Peptidbindung (Verdauungsenzyme, Extrazelluläre Peptidasen, Intrazelluläre Peptidasen)

• Transaminierung: Entfernung der α-Aminogruppe und Übertragung auf α-Ketoglutarat

Transaminasen haben PLP (Pyridolphosphat) als Coenzym (Carrier der Aminogruppen) (jede AS hat seine spezifische Transaminase)

• Desaminierung: Regenerierung von α-Ketoglutarat mit Glutamat-Dehydrogenasen

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

• Erleichtert die Ausscheidung unpolarer Stoffe (Gifte und Medis) --> überführt sie in polare Verbindungen

69. Welche Moleküle spielen im Intermediärstoffwechsel eine wichtige Rolle als Aminogruppen.Transporter?

• α-Ketoglutarat ist Akzeptor für Aminogruppen --> Glutamat (intrazellulärer Transporter)
• Glutamin und Alanin sind extrazelluläre Transporter von Aminogruppen

70. Beschreiben sie wichtige Funktionen des Citratzyklus

• Pyruvat wird nach oxidativer Decarboxylierung in Form von Acetyl-CoA in den Citrat-Zyklus eingeschleust
• Vollständiger Abbau zu CO2
• Herstellung der Reduktionsäquivalente NADH und FADH2 für anschließende oxidative Phosphorylierung, GTP-Gewinn
• Citratzyklus wirft auch Bausteine für Biosynthesen aus --> Citratzyklus bedient anabole Wege

71. Welche Funktionen hat der Pentosephosphatweg?

• Im Cytosol
• NADPH für Fettsäuresynthese herstellen
• Aus Hexosephosphate Pentosephosphate herstellen und umgekehrt (Glucose-6-P --> Ribose-5-P)
• Ribose-5-P als Bausteine für Nucleotide und Nucleinsäuren
• Findet keine Nucleotidbiosynthese statt folgt die nicht oxidative Phase:

Ribose-5-P zu Glycerinaldehyd-3-P und Fructose-6-P --> Einspeisung in Glykolyse (Acetyl-CoA) oder Endstrecke der Gluconeogenese (Glucose-6-P)

• Pentosephosphatweg als Adapter zwischen Glucoeneogenese, Glykolyse, Citratzyklus (über Pyruvat) und Nucleotidbiosynthese

72. Nennen sie mögliche Ausgangsstoffe für die Gluconeogenese?

• Lactat, Pyruvat, Glycerin, glucogene AS (Alanin, Gln…), Oxalacetat

73. Warum hat ATP ein so hohes Phosphatgruppenübertragungspotenzial?

• Besteht aus: Adenin, Riboseeinheit, 3 Phosphatreste (untereinander Anhydridbindungen)
• Bei der Hydrolyse einer der Phosphorsäureanhydridbindungen wird große Energiemenge frei
• Gruppenübertragungspotenzial: terminale Phosphatgruppe des ATP wird auf ein neues energiereiches Molekül übertragen
• Strukturelle Grundlage dafür: ATP trägt bei neutralem pH 4 negative Ladungen --> elektrostatische Abstoßung wird reduziert wenn Phosphat abgespalten wird

frei werdende Orthophosphatgruppe ist in höherem Maße resonanzstabilisiert

74. Erläutern sie in Stichworten wichtige Funktionen der Hormone Insulin und Glucagon

• Insulin und Glucagon sind Antagonisten und kontrollieren die Blutglucose
• Insulin wird bei hoher Blutglucose vom Pankreas sezerniert und hat die Aufgabe den Blutzucker zu senken durch Einwirkung auf Leber, Fettgewebe und Muskel;z.B. durch Stimulierung der Glycogenbiosynthese und Aufnahme der Glucose in Fettgewebe und Muskel
• Glucagon wird bei niedrigem Blutzucker aus dem Pankreas sezerniert und hat die Aufgabe den Blutzucker zu erhöhen; wirkt ebenfalls auf Fettgewebe, Muskel und Leber; zb durch Steigerung der Gluconeogenese und Abgabe von Glucose ins Blut

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

• NADPH ist ein phosphoryliertes Derivat von NADH; NADPH trägt zusätzlich an Position 2 seines Riboserings eine Phosphatgruppe --> beides Elektronencarrier
• NADH/NAD+ hautpsächlich Cosubstrat für katabole Enzyme
• NADPH/NADP+ hauptsächlich für anabole Enzyme
• NADH gebildet bei: β-Oxidation, Glycolyse, Citratzyklus --> Katabolismus
• NADPH gebildet bei: Pentosephosphatweg & Katalyse durch Malat-Enzym (Malat --> Pyruvat)
• NADPH wird bei der Fettsäuresynthese zur Reduktion benötigt

76. Was bedeutet anabol und was katabol? Wo kommen diese Stoffwechselwege vor?

• Anabol: Aufbau von Makromolekülen (Proteine, Polysaccharide, Lipide…) unter Verbrauch von ATP, NADH, NADPH
• Katabol: Abbau von energiereichen Nährstoffen (Proteine, Lipide…) unter Bildung von ATP, NADH, NADPH
• Citratzyklus ist ein Beispiel für katabole und anabole Wege
• Cytosol: Glykolyse, Pentosephosphatweg, Fettsäuresynthese
• Matrix: Citratzyklus, oxidative Phosphorylierung, Beta-Oxidation, Ketonkörperbildung
• Zusammenspiel beider Kompartimente: Gluconeogenese, Harnstoffsynthese

77. Verbindung zwischen den Zyklen allgemein Wie gehen die Zyklen und ihre wichtigsten Zwischen. Und Endprodukte ineinander über?