Zur Erinnerung...

-Durch die Gluconeogenese wird aus kleinen Molekülen dienicht zu den Kohlenhydraten gehören (Glycerin, Aminosäuren, Lactat)Glucose hergestellt.-Die Gluconeogenese ist nicht einfach die Umkehrung der Glycolyse.Die irreversiblen Schritte der Glycolyse werden bei der Gluconeo-genese unter Energieaufwand umgangen.-Pyruvat wird unter Energieverbrauch in den Mitochondrien zu Oxalacetat und anschließend im Cytosol zu Phosphoenolpyruvat umgewandelt.-Spezifische Phosphatasen spalten Phosphatgruppen von F-1,6BPbzw. G-6-P ab und erlauben so die Synthese der Glucose.-Biotin ist ein Vitamin, welches als prosthetische Gruppe CO2-Gruppen übertragen kann (Coenzym bei Carboxylierungen wiez.B. die Bildung von Oxalacetat aus Pyruvat).

Vorbereitungsphase

Die Abschnitte der Energiegewinnung

Abbau zum AcCoAunter Gewinnung von

ATP

Vollständige Oxidationund effiziente ATP-

Gewinnung

Der Citratzyklus/Tricarbonsäurezyklus/Krebs-Zyklus

-Der Citratzyklus ist der erste Teil der aeroben Verbrennung vonBrennstoffen.

-Die Brennstoffe werden maximal oxidiert zum CO2.

-Nahezu alle Brennstoffe werden im Citratzyklus oxidiert.

-Mehr als 95% der in der Zelle generierten Energie kommt durchden Citratzyklus und der anschließenden oxidativen Phosphorylierung.

-Der Citratzyklus generiert kein ATP (nur ein wenig GTP)! Es werden Reduktionsäquivalente für die anschließende Atmung gebildet.

-Der Citratzyklus läuft in den Mitochondrien ab.

Matrix

äußere Membran

innere Membran/Cristae

Dieser C2-Körper kommt von Pyruvat

In diesen Verbindungen werdendie Reduktionsäquivalente

gespeichert

2 C1-Körper werdenmaximal oxidiert

Citrat

Das Acetyl-CoA: Der Brennstoff des Citratzykluses

-es werden C2-Einheiten aus der Glycolyse in den Citratzyklus in Form von Acetyl-CoenzymA eingeschleust.

Pyruvat +CoA+NAD+ Acetyl-CoA+CO2+NADH+H+

ADP mit 3‘-Phosphat

Coenzym A

Vitamin

Coenzym A ist Carrier von aktivierten C2-Einheiten

Ein Thioester dessen Hydrolyse stark exergonisch ist :

Acetyl-CoA + H2O Acetat+CoA G‘°=-31kJ/mol

Die Herstellung von Acetyl-CoA aus Pyruvat

-Umwandlung erfolgt in der Mitochondrien-Matrix durch denPyruvat-Dehydrogenasekomplex:

Pyruvat +CoA+NAD+ Acetyl-CoA+CO2+NADH

Ein Multiprotein-Komplex mit einer Masse von 4-10MioDalton!

Der Pyruvat-Dehydrogenasekomplex-Complex enthält 5 Cofaktoren:Thiaminpyrophosphat (B1)Liponamid (Liponsäure)FAD (Riboflavin)CoA (Pantothensäure)NAD (Niacin)

katalytische Cofaktoren

stöchiometrische Cofaktoren

Drei Schritte: Decarboxylierung, Oxidation und Übertragung auf CoA

Der erste Schritt: Die Decarboxylierung von Pyruvat

Prosthetische Gruppe:TPPdieses Proton hat ein pKs von 10,es ist also leicht zu dissoziieren.Das Carbanion kann nucleophil das Pyruvat angreifen.Generell: TPP kann -Ketosäurendecarboxylieren

Carbanion von TPP-Ketosäurewirkt als

Elektronenfalle

Hydroxyethylgruppe

Die Pyruvat-Dehydrogenase Komponente E1:1. Decarboxylierung von Pyruvat2. Oxidation zum Acetat

1. Decarboxylierung

Der zweite Schritt: Oxidation der Hydroxyethylgruppe und Übertragungauf Liponamid

S hatOxidationszahl -1

die S-S-Brücke wird reduziert(-1 auf -2)

das C wird Oxidiert(+1 auf +3)

Die Oxidation zur Acetylgruppe

Die Übertragung des Acetylrests aufdas Coenzym A

E2 (Dihydrolipoyl-Transacetylase)

Die Regeneration des oxidierten Liponamids:(= Funktion von E3, eine Dehydrogenase)

Dihydrolipoyl-Dehydrogenase

Das Flavinadenindinucleotid (FAD)

= Acceptor für zwei Wasserstoffe

Proteine mit dieser prostethischenGruppe heißen Flavoproteine

Riboflavin (B2)

Pyruvat-Dehydrogenase

Dihydrolipoyl-Transacetylase

Dihydrolipoyl-Dehydrogenase

Vorteil: Die Organisation in Multienzym-Komplexe optimiert die Effizienz der Katalyse und verhindert Nebenreaktionen

Transacetylase

Dehydrogenase

Dehydrogenase

Das Einschleusen von Acetylgruppen in denCitratzyklus: Die Reaktion der Citrat-Synthase

die Hydrolyse des Thioesterstreibt die Reaktion an

Aldolkondensation

Synthasen:Enzymklasse, die zwei Einheiten ohne ATP-Verbrauchmiteinander verbindet.

H+ vom His erleichtertdie Enolform-Ausbildung

His erleichtert die Bildung einer OH-Gruppe

und damit den nucleophilenAngriff

Hydrolyse des Citryl-CoA‘s

Die Aconitase katalysiert eine isomerisierungs-Reaktion

Aconitase ist ein Eisen-Schwefel Protein

Vorbereitung der Decarboxylierung

Die Dehydrogenase-Reaktion mit anschließenderDecarboxylierung

Isocitrat-Dehydrogenase

eine ß-Ketosäure ist instabil und spaltet CO2 ab!

-Ketoglutarat-Dehydrogenase

-Der Reaktionsmechanismus ist identisch zur Umwandlung vonPyruvat zum Acetyl-CoA (der Dehydrogenase-Komplex ist homolog E1, E2 bzw. identisch E3).Abspaltung von CO2 über TPP!

Die Spaltung des Thioesters generiert GTP

-Hydrolyse hat DG°=-33kJ/mol

Succinyl-CoA Synthase

Die Spaltung des Acetyl-CoAs ist mit der Herstellung von Citratgekoppelt. Hier wird bei einer analogen Reaktion GTP generiert!

Die Regeneration des Oxalacetats

Änderung von G‘° reicht nichtfür NADH-Herstellung

Succinat-DH Fumarase Malat-DH

Succinat

Immer das gleiche...

Die Nettogleichung des Citratzyklus

Acetyl-CoA+3NAD++FAD+GDP+Pi+2H2O

2CO2+3NADH+FADH2+GTP+2H++CoA

Die elektronen der Oxidation vom Acetylrest sind nun alle inNADH bzw. FADH2 gefangen.

CH3-C-CoA

O

-3 +3 +4 8 Elektronen

2 CO2