Anaerobe NADH-Regeneration: Gärung

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1 Anaerobe NADH-egeneration: Gärung Milchsäure-Gärung H 3 Lactat-DH H H H 3 Pyruvat Lactat

2 Anaerobe NADH-egeneration: Gärung Milchsäure-Gärung H 3 Lactat-DH H H H 3 Pyruvat Lactat Alkoholische Gärung H 3 Pyruvat- Decarboxylase H H 3 Alkohol-DH H 2 H 3 H 2 Pyruvat Acetaldehyd Ethanol

3 Energiegewinnung bei Heterotrophen Stärke/Glykogen Fette Proteine Glykolyse ATP Glukose Pyruvat Fettsäuren Acetyl- oa Aminosäuren Glutaminsäure Mitochondrien GTP GDP itrat- Zyklus α-ketoglutarat Atmungskette 4 [H] H 2 ATP

4 Mitochondrium: "Energiefabrik" der Zelle

5 Energiegewinnung bei Heterotrophen Stärke/Glykogen Fette Proteine Glykolyse ATP Glukose Pyruvat Fettsäuren Acetyl- oa Aminosäuren Glutaminsäure GTP GDP itrat- Zyklus α-ketoglutarat Atmungskette 4 [H] H 2 ATP

6 xidative Decarboxylierung von Pyruvat H H 3 H + 2 H H 3 H 3 HS-oA S oa Pyruvat Acetyl-oA

7 xidative Decarboxylierung von Pyruvat Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex

8 xidative Decarboxylierung von Pyruvat Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex Thiaminpyrophosphat (TPP; Vitamin B 1 )

9 xidative Decarboxylierung von Pyruvat Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex Thiaminpyrophosphat (TPP; Vitamin B 1 ) Liponsäure

10 xidative Decarboxylierung von Pyruvat Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex Thiaminpyrophosphat (TPP; Vitamin B 1 ) Liponsäure oash

11 xidative Decarboxylierung von Pyruvat Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex Thiaminpyrophosphat (TPP; Vitamin B 1 ) Liponsäure oash FAD

12 xidative Decarboxylierung von Pyruvat Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex Thiaminpyrophosphat (TPP; Vitamin B 1 ) Liponsäure oash FAD

13 xidative Decarboxylierung von Pyruvat H H 3 H + 2 H H 3 H 3 HS-oA S oa Pyruvat Acetyl-oA Bilanz pro Hexose: 2 Acetyl-oA 2

14 xidative Decarboxylierung von Pyruvat H H 3 H + 2 H H 3 H 3 HS-oA S oa Pyruvat Acetyl-oA beteiligte Koenzyme: Thiaminpyrophosphat Liponsäure HS-oA FAD

15 Energiegewinnung bei Heterotrophen Stärke/Glykogen Fette Proteine Glukose Fettsäuren Aminosäuren ATP Pyruvat Acetyl- oa Glutaminsäure GTP GDP itrat- Zyklus α-ketoglutarat Atmungskette 4 [H] H 2 ATP

16 ω Fettsäuren H Palmitinsäure 16:0 β α Stearinsäure 18:0 9 Ölsäure 18:1 cis-δ 9 ω-6 Linolsäure 18:2 ω-3 ω-6 Linolensäure 18:3 Arachidonsäure 20:4

17 Neutralfette (Lipide; Triglyceride) H 1 H H 2 3 H Glycerol

18 Neutralfette (Lipide; Triglyceride) H 1 H 2 H Glycerol Monoacylglycerol H 3

19 Neutralfette (Lipide; Triglyceride) H 1 H 2 H Glycerol Monoacylglycerol Diacylglycerol H 3

20 Neutralfette (Lipide; Triglyceride) H 1 H H 2 3 H Glycerol Monoacylglycerol Triacylglycerol Diacylglycerol

21 Neutralfette (Lipide; Triglyceride) H 1 H H 2 3 H Glycerol Monoacylglycerol Triacylglycerol Diacylglycerol Pankreas-Lipase H H Monoacylglycerol-Lipase H Fettsäuren + Glycerin

22 Energiegewinnung bei Heterotrophen Stärke/Glykogen Fette Proteine Glukose Fettsäuren Aminosäuren ATP Pyruvat Acetyl- oa Glutaminsäure GTP GDP itrat- Zyklus α-ketoglutarat Atmungskette 4 [H] H 2 ATP

23 Abbau von Fettsäuren (β-xidation) Aktivierung der Fettsäure Acyl-oA- Synthetase ATP PP i AMP Acyl-oA- Synthetase HS-oA AMP S-oA "Acyl-oA"

24 Abbau von Fettsäuren (β-xidation) 1. xidation Wasseranlagerung S-oA Acyl-oA-DH FAD H H S-oA Enoyl-oA- Hydratase H 2 H H S-oA Acyl-oA trans-δ 2 Enoyl-oA L-3-Hydroxyacyl-oA 2. xidation Thiolytische Spaltung S-oA Thiolase HS-oA S-oA Acyl-oA + S-oA H 3 Acetyl-oA 3-Ketoacyl-oA

25 Abbau von Fettsäuren (β-xidation) 1. xidation Wasseranlagerung S-oA Acyl-oA-DH FAD H H S-oA Enoyl-oA- Hydratase H 2 H H S-oA Acyl-oA trans-δ 2 Enoyl-oA L-3-Hydroxyacyl-oA 2. xidation Thiolytische Spaltung S-oA Thiolase HS-oA S-oA Acyl-oA + S-oA H 3 Acetyl-oA 3-Ketoacyl-oA

26 Abbau von Fettsäuren (β-xidation) 1. xidation Wasseranlagerung S-oA Acyl-oA-DH FAD H H S-oA Enoyl-oA- Hydratase H 2 H H S-oA Acyl-oA trans-δ 2 Enoyl-oA L-3-Hydroxyacyl-oA 2. xidation Thiolytische Spaltung S-oA Thiolase HS-oA S-oA Acyl-oA + S-oA H 3 Acetyl-oA 3-Ketoacyl-oA

27 Abbau von Fettsäuren (β-xidation) 1. xidation Wasseranlagerung S-oA Acyl-oA-DH FAD H H S-oA Enoyl-oA- Hydratase H 2 H H S-oA Acyl-oA trans-δ 2 Enoyl-oA L-3-Hydroxyacyl-oA 2. xidation Thiolytische Spaltung Hydroxyacyl-oA-DH S-oA Thiolase HS-oA S-oA Acyl-oA + S-oA H 3 Acetyl-oA 3-Ketoacyl-oA

28 Abbau von Fettsäuren (β-xidation) 1. xidation Wasseranlagerung S-oA Acyl-oA-DH FAD H H S-oA Enoyl-oA- Hydratase H 2 H H S-oA Acyl-oA trans-δ 2 Enoyl-oA L-3-Hydroxyacyl-oA 2. xidation Thiolytische Spaltung S-oA Thiolase HS-oA S-oA Acyl-oA + S-oA H 3 Acetyl-oA 3-Ketoacyl-oA

29 Abbau von Fettsäuren (β-xidation) 1. xidation Wasseranlagerung S-oA Acyl-oA-DH FAD H H S-oA Enoyl-oA- Hydratase H 2 H H S-oA Acyl-oA trans-δ 2 Enoyl-oA L-3-Hydroxyacyl-oA 2. xidation Thiolytische Spaltung S-oA Thiolase HS-oA S-oA Acyl-oA + S-oA H 3 Acetyl-oA 3-Ketoacyl-oA

30 Bilanz der β-xidation pro abgespaltenem 2-Körper: Acetyl-oA Beispiel Palmitinsäure (16): Acetyl-oA

31 Energiegewinnung bei Heterotrophen Stärke/Glykogen Fette Proteine Glukose Fettsäuren Aminosäuren ATP Pyruvat Acetyl- oa Glutaminsäure GTP GDP itrat- Zyklus α-ketoglutarat Atmungskette 4 [H] H 2 ATP

32 Abbau von Aminosäuren Transaminierung H 2 N H H H H Transaminasen + + H 2 N H H H H Aminosäure 2-xoglutarat 2-Ketosäure Glutaminsäure

33 Abbau von Aminosäuren Transaminierung H 2 N H H H H Transaminasen + + H 2 N H H H H Aminosäure 2-xoglutarat 2-Ketosäure Glutaminsäure xidative Desaminierung von Glutaminsäure H H H 2 N H Glutaminsäure-DH H NH 3 NH 4 + H 2 H Glutaminsäure 2-xoglutarat

34 Abbau von Aminosäuren Transaminierung H 2 N H H H H Transaminasen + + H 2 N H H H H Aminosäure 2-xoglutarat 2-Ketosäure Glutaminsäure Aminosäure + + H 2 2-Ketosäure + + NH 3 xidative Desaminierung von Glutaminsäure H H H 2 N H Glutaminsäure-DH H NH 3 NH 4 + H 2 H Glutaminsäure 2-xoglutarat

35 Energiegewinnung bei Heterotrophen Stärke/Glykogen Fette Proteine Glukose Fettsäuren Aminosäuren ATP Pyruvat Acetyl- oa Glutaminsäure GTP GDP itrat- Zyklus α-ketoglutarat Atmungskette 4 [H] H 2 ATP

36 itratzyklus: Teil 1 der "Endoxidation" Acetyl- oa FAD xalacetat Malat Fumarat Succinat itrat Isocitrat 2-Ketoglutarat Succinyl-oA GDP GTP

37 itratzyklus itrat-synthase H 2 S-oA HS-oA H Aconitase H H H Isocitrat-DH 2 xalacetat H 3 itrat Isocitrat 2-Ketoglutarat HS-oA Malat-DH 2-Ketoglutarat-DH H H Fumarase H 2 H H Succinat-DH FAD Succinyl-oA- Synthetase GTP HS-oA GDP P i S-oA 2 Malat Fumarat Succinat Succinyl-oA

38 itratzyklus itrat-synthase H 2 S-oA HS-oA H Aconitase H H H Isocitrat-DH 2 xalacetat H 3 itrat Isocitrat 2-Ketoglutarat HS-oA Malat-DH 2-Ketoglutarat-DH H H Fumarase H 2 H H Succinat-DH FAD Succinyl-oA- Synthetase GTP HS-oA GDP P i S-oA 2 Malat Fumarat Succinat Succinyl-oA

39 itratzyklus itrat-synthase H 2 S-oA HS-oA H Aconitase H H H Isocitrat-DH 2 xalacetat H 3 itrat Isocitrat 2-Ketoglutarat HS-oA Malat-DH 2-Ketoglutarat-DH H H Fumarase H 2 H H Succinat-DH FAD Succinyl-oA- Synthetase GTP HS-oA GDP P i S-oA 2 Malat Fumarat Succinat Succinyl-oA

40 itratzyklus itrat-synthase H 2 S-oA HS-oA H Aconitase H H H Isocitrat-DH 2 xalacetat H 3 itrat Isocitrat 2-Ketoglutarat HS-oA Malat-DH 2-Ketoglutarat-DH H H Fumarase H 2 H H Succinat-DH FAD Succinyl-oA- Synthetase GTP HS-oA GDP P i S-oA 2 Malat Fumarat Succinat Succinyl-oA

41 itratzyklus itrat-synthase H 2 S-oA HS-oA H Aconitase H H H Isocitrat-DH 2 xalacetat H 3 itrat Isocitrat 2-Ketoglutarat HS-oA Malat-DH 2-Ketoglutarat-DH H H Fumarase H 2 H H Succinat-DH FAD Succinyl-oA- Synthetase GTP HS-oA GDP P i S-oA 2 Malat Fumarat Succinat Succinyl-oA

42 itratzyklus itrat-synthase H 2 S-oA HS-oA H Aconitase H H H Isocitrat-DH 2 xalacetat H 3 itrat Isocitrat 2-Ketoglutarat HS-oA Malat-DH 2-Ketoglutarat-DH H H Fumarase H 2 H H Succinat-DH FAD Succinyl-oA- Synthetase GTP HS-oA GDP P i S-oA 2 Malat Fumarat Succinat Succinyl-oA

43 itratzyklus itrat-synthase H 2 S-oA HS-oA H Aconitase H H H Isocitrat-DH 2 xalacetat H 3 itrat Isocitrat 2-Ketoglutarat HS-oA Malat-DH 2-Ketoglutarat-DH H H Fumarase H 2 H H Succinat-DH FAD Succinyl-oA- Synthetase GTP HS-oA GDP P i S-oA 2 Malat Fumarat Succinat Succinyl-oA

44 itratzyklus itrat-synthase H 2 S-oA HS-oA H Aconitase H H H Isocitrat-DH 2 xalacetat H 3 itrat Isocitrat 2-Ketoglutarat HS-oA Malat-DH 2-Ketoglutarat-DH H H Fumarase H 2 H H Succinat-DH FAD Succinyl-oA- Synthetase GTP HS-oA GDP P i S-oA 2 Malat Fumarat Succinat Succinyl-oA

45 itratzyklus itrat-synthase H 2 S-oA HS-oA H Aconitase H H H Isocitrat-DH 2 xalacetat H 3 itrat Isocitrat 2-Ketoglutarat HS-oA Malat-DH 2-Ketoglutarat-DH H H Fumarase H 2 H H Succinat-DH FAD Succinyl-oA- Synthetase GTP HS-oA GDP P i S-oA 2 Malat Fumarat Succinat Succinyl-oA

46 itratzyklus itrat-synthase H 2 S-oA HS-oA H Aconitase H H H Isocitrat-DH 2 xalacetat H 3 itrat Isocitrat 2-Ketoglutarat HS-oA Malat-DH 2-Ketoglutarat-DH H H Fumarase H 2 H H Succinat-DH FAD Succinyl-oA- Synthetase GTP HS-oA GDP P i S-oA 2 Malat Fumarat Succinat Succinyl-oA

47 itratzyklus H H H Isocitrat-DH H Isocitrat-DH 2 Isocitrat xalsuccinat 2-Ketoglutarat

48 itratzyklus Acetyl- oa FAD xalacetat Malat Fumarat Succinat itrat Isocitrat 2-Ketoglutarat Succinyl-oA GDP GTP

49 Energiegewinnung bei Heterotrophen Stärke/Glykogen Fette Proteine Glykolyse ATP Glukose Pyruvat Fettsäuren Acetyl- oa Aminosäuren Glutaminsäure GTP GDP itrat- Zyklus α-ketoglutarat Atmungskette 4 [H] H 2 ATP

50 Biologische Elektronentransport-Ketten

51 Atmungskette: Teil 2 der "Endoxidation" H + Komplex I Komplex II H + Komplex III H + Komplex IV H 3 H 3 H 3 H H 3 n = 6-10 Ubichinon (Koenzym Q)

52 Atmungskette: Teil 2 der "Endoxidation" Acetyl- oa H + Komplex I Komplex II FAD xalacetat Malat Fumarat Succinat itrat Isocitrat 2-Ketoglutarat + Succinyl-oA GDP GTP H + Komplex III H + Komplex IV H 3 H 3 H 3 H H 3 n = 6-10 Ubichinon (Koenzym Q)

53 Atmungskette Intermembran-aum Komplex I Komplex III Komplex IV Komplex II Matrix

54 Atmungskette Enzym-Name Substrat Protonen- Transport? Komplex I NADH-Dehydrogenase NADH ja Komplex II Succinat-Dehydrogenase Succinat nein Komplex III Ubichinon-ytochrom c-eduktase UbH 2 ja Komplex IV ytochrom c-xidase ytochrom c ja

55 Energieausbeuten verschiedener kataboler Wege

56 Energieausbeuten verschiedener kataboler Wege 1 äquivalent zu 3 ATP 1 äquivalent zu 2 ATP

57 Energieausbeuten verschiedener kataboler Wege 1 äquivalent zu 3 ATP 1 äquivalent zu 2 ATP 1 Acetyl-oA liefert 3 äquivalent zu 9 ATP 1 äquivalent zu 2 ATP 1 GTP äquivalent zu 1 ATP ATP

58 Energieausbeuten verschiedener kataboler Wege 1 äquivalent zu 3 ATP 1 äquivalent zu 2 ATP 1 Acetyl-oA liefert 3 äquivalent zu 9 ATP 1 äquivalent zu 2 ATP 1 GTP äquivalent zu 1 ATP ATP Glykolyse + Gärung 1 Hexose liefert 2 ATP 2 ATP 2

59 Energieausbeuten verschiedener kataboler Wege 1 äquivalent zu 3 ATP 1 äquivalent zu 2 ATP 1 Acetyl-oA liefert 3 äquivalent zu 9 ATP 1 äquivalent zu 2 ATP 1 GTP äquivalent zu 1 ATP ATP Glykolyse + Gärung 1 Hexose liefert 2 ATP 2 ATP 2 Glykolyse + oxidative Decarboxylierung von Pyruvat 1 Hexose liefert 2 äquivalent zu 6 ATP 2 ATP 2 ATP Pyruvat 2 Acetyl-oA äquivalent zu 24 ATP 2 äquivalent zu 6 ATP ATP

60 Energieausbeuten verschiedener kataboler Wege 1 äquivalent zu 3 ATP 1 äquivalent zu 2 ATP 1 Acetyl-oA liefert 3 äquivalent zu 9 ATP 1 äquivalent zu 2 ATP 1 GTP äquivalent zu 1 ATP ATP Glykolyse + Gärung 1 Hexose liefert 2 ATP 2 ATP 2 Glykolyse + oxidative Decarboxylierung von Pyruvat 1 Hexose liefert 2 äquivalent zu 6 ATP 2 ATP 2 ATP Pyruvat 2 Acetyl-oA äquivalent zu 24 ATP 2 äquivalent zu 6 ATP ATP β-xidation von Fettsäuren 16-Fettsäure 7 äquivalent zu 21 ATP 7 äquivalent zu 14 ATP 8 Acetyl-oA äquivalent zu 96 ATP ATP

61 Bakterienzelle

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