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Funktion und Aufbau der PDH
- Funktion:
- setzt Pyruvat zu Acetyl-CoA um
- Aufbau:
- -> Enzymkomplex im Mitochondrium
- - PDH (E1)
- -> Thiaminpyrophosphat (Vit B1)
- - Dihydroliponamid-Acetyltransferase (E2)
- -> Liponsäure(-amid)
- -> Coenzym A
- - Dihydroliponamid-DH (E3)
- -> FAD
- -> NAD+
- außerdem:
- - regulatorische Kinase-Untereinheit
- - regulatorische Phosphatase-Untereinheit
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PDH-Reaktion
- Schritt 1:
- - Thiazolring des TPP gibt leicht Proton ab, reaktives Carbanion entsteht
- -> kräftiger Elektronenzug auf Carboxylgruppe
- -> CO2 und 2 e- spalten sich ab
- Schritt 2:
- - akt. Acetaldehyd wird von TPP auf Liponamid übertragen (E2)
- -> Disulfidbrücke des Liponamids öffnet sich
- -> Acetaldehyd an ein S,
- -> 2. S nimmt mit Proton die zwei e- auf, die sich mit CO2 abgespalten haben
! Acetaldehyd zu Acetylgruppe oxidiert !
Schritt 3:
- Liponamid überträgt Acetylgruppe auf CoA
! Dihydroxyliponamid-Acetyltransferase (E2) bildet also Acetyl-CoA
Schritt 4:
- - reduziertes Liponamid muss wieder regeneriert werden
- -> Liponamid schwenkt zu Dihydroliponamid-Dehydrogenase (E3)
- -> beide SH-Gruppen durch prosthetisches FAD oxidiert
- -> FADH2 gibt e- an NAD+ weiter
Insgesamt:
Pyruvat + CoA + NAD + -> Acetyl-CoA + CO 2 + NADH+H +
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Regulation der PDH
- -> PDH phosphoryliert INAKTIV (an Serinrest E1)
- -> cAMP kann Mitomembran nicht passieren
- PDH-Kinase:
- +: Acetyl-CoA, NADH (-> Phosphorylierung!)
- -: Pyruvat, ADP, Ca
- PDH-Phosphatase:
- +: Ca, Mg
- PDH:
- -: Acetyl-CoA, NADH (klass. Produkthemmung)
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Citratzyklus
Schritt 1:
- - OH und COO- des zentralen C-Atoms haben 2 Möglichkeiten der räumlichen Anordnung, Enzyme erkennen dies und es werden immer CO2's des ursprünglichen Oxalacetats abgespalten, NICHT die von Acetyl-CoA!!
- - Citrat = Anion der Zitronensäure
Schritt 2:
- - Citrat hat keine HO-C-H- und keine -CH2-CH2-Gruppe
- -> kein Substrat für NAD+- oder FAD-abhängige Dehydrogenasen!
Schritt 3:
- Isocitrat-DH katalysiert nur Oxidation, Decarboxylierung spontan!
Schritt 4:
- - Succinyl-CoA + Glycin = δ-Aminolävulinsäure
- -> 1. Metabolit der Hämsynthese
- -> Porphyrin-Synthese
- MERKE!
- - CO2 und NADH entstehen im CC bei
- - Isocitrat-DH
- - a-Ketoglutarat-DH
- außerdem bei PDH
- -> dieses CO2 bildet den Großteil des gesamten abgeatmeten CO2
Schritt 5:
- Energie zur GTP-Synthese aus Spaltung der Thioesterbindung
Schritt 6:
- Zusammenhang Atmungskette!
Schritt 7+8:
Enzyme: Fumarathydratase und Malat-DH
- - Fumarat als Substrat für DH ungeeignet
- -> F. + Wasser = Malat
- -> Malat hat HO-C-H-Gruppe
Reaktionsgleichung Citratzyklus:
- Acetyl-CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + 2H2O + Pi
- -> 2CO2 + CoA + 3 NADH + FADH2 + GTP
Energieausbeute:
- 3 NADH - 7,5 ATP
- 1 FADH2 - 1,5 ATP
- 1 GTP - 1 ATP
- -> 10 ATP
Regulation:
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Elektronentransportierende Coenzyme der Atmungskette
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Atmungskette
Komplex I - NADH-Ubichinon-Oxidoreduktase:
- Reduktion von Ubichinon löst Konformationsänderung aus (durch helikales Transmissionselement) - -> 4 H+ transportiert
Komplex II - Succinat-DH, Succinat-Ubichinon-Oxidoreduktase
- komp. Hemmung durch Malonat (klassisch)
Komplex III und Q-Zyklus - Cytochrom-bc1- Komplex, Ubichinol-Cytochrom-c-Oxidoreduktase
- - 11 Untereinheiten, u.a.
- - Cytochrom b (2 Häm gebunden)
- - Cytochrom c1 (1 Häm gebunden)
- - Rieske-Eisen-Schwefel-Protein (mit Fe-S-Zentrum Typ 2F/2S)
Ablauf:
- wenn Ubichinon 2 e- aufnimmt, erhält es gleichzeitig 2 Protonen (aus Matrixwasser)
- - Ubichinol wandert dann zu Bindestelle an KIII
- -> AUSSENseite der Innenmenbran (zum IMR gerichtet)
- -> 2e- an KIII, 2H+ an IMR
- - je 1 e- über 2Fe/2S zu Cytochrom c,
- - jedes 2. e- innerhalb KIII übber Häm bL und Häm bH zu 2. Ubichinon-Bindestelle (INNENseite der Innenmenbran - zur Matrix gerichtet) an der außerhalb KIII ein Ubichinon liegt
- - dieses nimmt 2 e- und 2 H+ (aus Matrix) auf, geht zu 1. Bindestelle usw.
-> Q-Zyklus erlaubt Export von 4 H+ pro 2 e-
Komplex IV - Cytochrom-c-Oxidase
- - durch e-Übertragung auf O2 entsteht Energie
- -> 2 H+ rausgepumpt
- Aufbau:
- - CuA-Zentrum (2 Cu-Ionen)
- - Häm-a-Gruppe (Cytochrom a)
- - Häm- a3-Gruppe (Cytochrom a3)
- - CuB-Zentrum (1 Cu-Ion)
Ablauf:
- - je 1e- von Cyt c auf CuA-Zentrum,
- -> Cyt a -> Cyt a3
- -> Fe von Cyt a3 nimmt wohl mehrere e- gleichzeitig auf und gibt diese dann zusammen an fest gebundenes O2 ab (zeitweise Fe4+, O2 von anderer Seite an CuB fixiert)
- -> 2 Protonen aus Matrix für 1/2 O2 verbraucht, gleichzeitig 2 exportiert
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Ubichinon
- Isoprenoid (besteht aus 10 Isopreneinheiten + Benzochinongruppe)
- Ubichinon
- + 1 e- + H+
- -> Semichinon
- + 1 e- + 1 H+
- -> Ubichinol (QH2)
- sammelt e- von:
- - K I
- - K II- ETF-Ubichinon-Oxidoreduktase (aus β-Oxidation via FADH2)
- - Glyc-3-Ph-DH (aus Glykolyse via NADH2)
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Wie gelangt NADH aus Glykolyse in das Mitochondrium?
1) Malat-Aspartat-Shuttle
2) Glycerophosphat-Shuttle
- NADH gibt e- an Dihydroxyacetonphosphat ab
- -> α-Glycerophosphat
- dieses gibt e- an Glycerophosphatoxidase (GPOX) ab
- -> Bildung von enzymgebundenem FADH2dieses gibt e- dann an Ubichinon ab
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Citratzyklus - Funktion, Lokalisation und Reaktionsgleichung
- Umwandlung von Acetyl-CoA (aus ox. Decarboxylierung, β-Oxidation, Aminoabbau) in CO2
- Frei werdende Energie in Form von NADH und FADH2 fixiert und dann zur Atmungskette für ATP-Synthese
- alle Enzyme im Mitochondrium
- Reaktionsgleichung:
- Acetyl-CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + 2H2O + P
- -> 2 CO2 + CoA + 3NADH + FADH2 + GTP
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Energiebilanz von Pyruvat zu CO2
- Pyruvat + 4 NAD+ + FAD + GDP + 2H2O + Pi
- -> 3 CO2 + 4 NADH + FADH2 + GTP
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Hemmstoffe Atmungskette
- Rotier mal gegen den Kreis aus Oliven:
- Rotenon (u. Barbiturate) hemmt Komplex I
- Malonat hemmt Komplex II
- Antimycin hemmt Komplex III
- Kohlenmonoxid hemmt Komplex IV
- Aurovertin hemmt Komplex V
- Oligomycin hemmt ebenfalls Komplex V
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