Biochemiezeug

Rückbildung von Glucose aus Pyruvat. Keine direkte Bildung von PEP aud Pyr möglich. Umweg über Oxalacetat:

ATP-abh. Carboxylierung mit Biotin und Mangan zu Oxalacetat durch Pyruvat-Carboxylase*

GTP-abh. decarboxylierende Phosphorylierung zu PEP durch PEP-Carboxykinase*

Weitere Schritte gleich zur Glycolyse. Ausnahmen: unumkehrbare Kinasereaktionen (Phosphofructokinase und Hexokinase)

Fru16bP dephosphoryliert durch Fru16bPase*

Glc6P dephosphoryliert durch Glc6Pase*

Gegenläufige Regulation der Glycolyse und Gluconeogenese

Decarboxylierende Übertragung eines Acetyl-Rests auf CoA im Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex

Pyruvat-Hydrogenase E1: TPP nimmt Hydroxyethyl-Rest auf.

Dihydrolipoyl-Transacetylase E2: Lipoamid nimmt Acetyl-Rest auf und überträgt ihn auf CoA um Acetyl-CoA zu bilden.

Ethanolbildung, zur schnellen, anaeroben Energiegewinnung aus Glucose. Weiterreaktion der Glycolyse von Pyruvat aus. Durchgeführt von zB Hefen.

Bilanz: Pyr + NADH/N+ -> Ethanol + CO2 + NAD+

Decarboxylierung durch Pyr-Decarboxylase zu Acetaldehyd

NADH-abh. Reduktion durch Alkohol-Dehydrogenase

Pasteur-Effekt: Erhöhter Glc-Verbrauch unter anaeroben Bedingungen, aufgrund der geringeren Energieausbeute der Gärung

Lactatbildung, als schneller, anaerober Energiegewinn aus Glucose. Weiterreaktion der Glycolyse von Pyruvat über die NADH-abh. Lactatdehydrogenase (LDH)

Bilanz: Pyr + NADH/H+ <=> Lactat + NAD+

Von der Glycolyse abzweigender Stoffwechselweg, der besonders in Erythrozyten ausgeprägt ist

Durch das Enzym Bisphosphoglyceratmutase (BPGM) wird ein autoreguliertes System aufgebaut:

13bPGlycerat (aus Glycolyse) zu 23bPGlycerat

23bpGlycerat zu 3PGlycerat

3PGlycerat <=> 2PGlycerat (in Glycolyse)

Anaerober Abbau von Glucose zu Pyruvat

Bilanz: Glc + 2 NAD+ + 2 (ADP + Pi) -> 2 Pyr + 2 NADH/H+ + 2 ATP + 2 H2O

Investitionsphase:

Phosphorylierung von Glucose zu Glc6P durch Hexokinase*

Isomerisierung zu Fru6P durch Glc6P-Isomerase

Phosphorylierung zu Fru16bP durch Phosphofructokinase*

Spaltung durch Aldolase zu DHAP und GA3P

Umwandlung von DHAP in GA3P durch Triosephosphat-Isomerase

Amortisierungsphase:

NAD+-abh. phosphorylierende Oxidation zu 13bPGlycerat

ATP-Gewinn durch Phosphoglycerat-Kinase zu 3PGlycerat

Umlagerung zu 2PGlycerat durch Phosphoglycerat-Mutase

Dehydratisierung zu PEP durch Enolase

ATP-Gewinn durch Pyruvat-Kinase zu Pyruvat

Gegenläufige Regulation der Glycolyse und Gluconeogenese

Zusammenhängende Stoffwechselwege:

Glc liefernd: Glycogenolyse, Transport von Glucose, Gluconeogenese

Intermediate liefernd: Pentosephosphatweg, Einführung weiterer Zucker, Glycerinabbau

Intermediate benötigend: Acylglyceridbildung, Serin- und Glycinbildung

Pyr benötigend: Milchsäuregärung, Alkoholische Gärung, Acetyl-CoA-Bildung, Alaninstoffwechsel

Umwandlung von Isocitrat und Citrat in Aconitat ineinander mittels Fe-S-Cluster

Klassifizierung: Lyase (4.2.1.3), keine Isomerase, da Zwischenschritt über Wasseraufnahme und -abspaltung

Kat. Rkt.: Citrat + H2O <=> Aconitat <=> Isocitrat + H2O

Rolle im Stoffwechsel: Citratzyklus

2. Rolle: Eisenregulation

Freisetzung eines Eisen-Ion durch O2 und andere Oxidantien

Spurenelement im Körper (Speicher: 3-5 g; Benötigt: 10-20 mg pro Tag; Resorption 10-20%). In Elektronen- und O2-Transport; Vermittlung spezifischer Reaktion.

Elektronentransport: Cytochrome, Fe/S-Proteine

Katalytische Zentren: Porphyrine, Fe/S-Cluster, Fe-O-Cluster

O2-Transport: Hämoglobin, Myoglobin

Regulation: Aconitase

Aufnahme:

Häm-Eisen aus tierischen Produkten direkt als Fe3+ über Häm-Rezeptor aufnehmbar

ionisches Eisen aus pflanzlichen Produkten muss erst am DMT1-Rezeptor reduziert werden um aufgenommen werden zu können (schlechtere Resorption)

Transport aus Darmepithel durch Ferroportin in Blut

Transport:

Umwandlung in Fe3+ (besser löslich, keine Reaktion mit O2) durch Haephestin

Transport im Blut durch Transferrin

Speicherung:

Ferritin: Protein mit Eisenoxid/-hydroxid-Kern

Hämosiderin: Bruchstücke des Ferritin

Regulation des Haushalts:

Resorption im Darmepithel

Abbau der Porphyrine am Beispiel von Hämoglobin

In allen Organen:

O2 und NADPH-abh. Dezyklisierung über Verdoglobin zu Biliverdin unter Abspaltung von CO, Globinteil und Zentralion

NADPH-abh. Reduktion zu Bilirubin

Leber:

2fache Glucoronylierung durch UDP-Glucoronsäure und Abgabe über Galle

Darmbakterien:

Deglucoronylierung zu Bilirubin

Glucosetransporter Typ 4

Glucosetransporter Typ 2

Zuständig für die Glucose, Galactose und Fructose-Aufnahme ins Blut

Glc-Na+-Symport aus Darmlumen in Darmepithel

Na+/K+-ATPase erhält Konzentrationsgefälle aufrecht

GLUT2-Uniporter transportiert Glucose ins Blutsystem

Porphyrinabkömmlinge mit zentralem Magnesiumatom

in Pflanzen und Bakterien zur Absorption des Lichts

Seitenketten des Rings vielseitig modifiziert um Eigenschaften zu verändern und zu ermöglichen:

Porphyrinabkömmling mit zentralem Eisenatom

Porphyrinabkömmlinge mit zentralem Eisenatom, das von zwei gegenüberliegenden Seiten des Ringes kovalent gebunden wird.

Häm a: in Cyt c-Oxidase

Häm b (Protohäm): mit O2 interagierend; in Hämoglobin, Myoglobin, Katalase, Cyt p450

Vielseitige Erkrankung bei Problemen in Porphyrin-Aufbau

1. Porphyrie im Knochenmark: Erythropoetische Porphyrie

Hervorgerufen durch: Probleme zur Synthese des Häm zum Einbau in Erythrozyten (zB defekte Ferrochelatase führt zu Erythropoetischer Protoporphyrie)

Folgen: Photodermatose, Roter Urin, hämolytische Anämie, Erythrodontie

2. Porphyrie in der Leber: Hepatische Porphyrie

Hervorgerufen durch: Probleme zur Synthese des Häm zum Einbau als prosthetische Gruppe in Enzymen

akut: Sekundäre Stimulation der 5-ALA-Synthase durch GABA

Folgen: Koliken, Brechreiz, Durchfall, Spasmen, Psychosen

chronisch: defekte Uroporphyrinogen-Decarboxylase führt zu Polycarboxylierten Uroporphyrinogenen (oft mit Lebererkrankung verbunden)

Folgen: Photodermatose

3. Bleiinduzierte Porphyrie (Bleivergiftung)

Hervorgerufen durch: Hemmung der 5-ALA-Dehydratase, Coproporphyrinogen-Oxidase und Ferrochelatase behindert Blutbildung

Häm-Biosynthese in Tieren, Pilzen und alpha-Proteobakterien

Decarboxylierende Verknüpfung von Succinyl-CoA und Glycin unter HSCoA-Abspaltung bildet 5-Aminolävulinsäure (5-ALA) durch 5-ALA-Synthase*

Verknüpfung zweier 5-ALA zu Porphobilinogen

Deaminierende Verknüpfung von vier Porphobilinogen

Hydroxylierung zu Hydroxymethylbilan

Dehydratisierende Zyklisierung zu Uroporphoryrinogen III

4fache Decarboxylierung der kurzen Seitenketten zu Coproporphyrinogen III

O2-abh., decarboxylierende Oxidation zweier Seitenketten zu Protoporphyrinogen IX

O2-abh. Oxidation des Grundgerüsts zu Protoporphyrin IX

Ferrochelatase fügt Eisen-(II)-Ion ein zum Häm (Protohäm; Häm b)

Regulation:

5-ALA-Synthase allosterisch durch Häm gehemmt; translationell durch Eisen gefördert

Häm hemmt Eisenaufnahme und 5-ALA-Synthase-Transport in Mitochondrien