Vertiefendes Seminar zur Vorlesung Biochemie I. Bearbeitung Übungsblatt 10

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1 Vertiefendes Seminar zur Vorlesung Biochemie I Bearbeitung Übungsblatt 10 Gerhild van Echten-Deckert Fon Homepage:

2 Aufgabe 1 Glyoxalat-Zyklus Ermöglicht die Synthese von Glukose aus Acetyl-CoA in Pflanzen, Pilzen, Mikroorganismen Erzeugung von Zucker aus gespeichertem Fett zur Keimun eigenes Organell: Glyoxisom, verwandt zum Peroxisom verwendet auch Enzyme des Citrat-Cyclus benötigt zwei zusätzliche Enzyme Isocitrat-Lyase Malat-Synthase Anwesenheit des Glyox.-C. in Säugetieren ist umstritten titt 2 Christoph Thiele / Biochemie 1 / WS2015/16

3 Gluconeog. Cytopl. Glyoxalat-Zyklus Glyoxalat-C. Glyoxisom ICL erzeugt Succinat und Glyoxalat l Succinat wird in Mito. transportiert Succinat Oxaloacetat Oxaloacetat Glukoneogenese ese Glyoxalat + AcCoA erzeugen Malat (Malat-Synthase) Isocitrat wird aus Malat regeneriert Citrat-C. Mito. Die Decarboxylierungen des Citrat.-C werden umgangen 3

4 Glyoxalat-Zyklus: Organisation Glyoxisome Eastmond & Graham, TRENDS in Plant Science, Vol.6 No.2 February 2001 Christoph Thiele / Biochemie 1 / WS2015/16 4

5 Glyoxalat-Zyklus Bilanz 4 x Ac-CoA + 2 FAD + 4 NAD + 2 PEP + 2 CO NADH + 2 FADH CoA 2 PEP + 2 NADH + 2 ATP Glukose + 2 NAD ADP 4 Ac-CoA + 2 ATP + 2 NAD FAD 1 Glukose + 2 NADH + 2 FADH ADP + 2 CoA + 2 CO 2 5

6 Glyoxalat-Zyklus: gesamte C-Bilanz 4 Ac-CoA + 2 ATP + 2 NAD FAD Glukose + 2 NADH + 2 FADH ADP + 2 CoA + 2 CO 2 nur C-Bilanz, und x 4 ergibt: 16 Ac-CoA 4 Glukose + 8 CO 2 Fettsäure beta-oxidation: 2 Palmitat 16 Ac-CoA Fettsäurebiosynthese th (komplexe Rechnung, siehe BC 2 slide 119) 9 Glukose 2 Palmitat + 22 CO 2 kompletter Zyklus: Glukose (aus Photosynthese) th Fettsäure (im Samen) Acetyl-CoA A Glukose (während der Keimung für Zellwandsynthese etc.) Reduktionsequivalente / ATP) 9 Glukose 4 Glukose + 30 CO 2 (+ Christoph Thiele / Biochemie 1 / WS2015/16 6

7 Aufgabe 2

8 Penicilline greifen im Bereich der Zellteilung in den Stoffwechsel der Bakterien ein und blockieren die Synthese der bakteriellen Zellwand: Der Beta-Lactam-Ring der meisten Penicillin-Antibiotika öffnet sich im Zytosol des exponierten Bakteriums und bindet in der geöffneten Form an das bakterielle Enzym D-Alanin-Transpeptidase. Auf diese Weise kann dieses Enzym nicht mehr die Alaninreste der Zellwand verknüpfen, das befallene Bakterium stirbt dadurch schließlich ab. Durch die Wirkung im Bereich der bakteriellen Teilungsphase ist eine gleichzeitige Gabe von teilungshemmenden sogenannten Bakteriostatika kontraindiziert.

9 Tetracyclin verhindert die Anlagerung von Aminoacyl-tRNA an dierrna in der 30-S- Untereinheit des Bakterien-Ribosoms. Dadurch wird die Translation und letztlich die Proteinbiosynthese gestoppt. DieToxizität könnte auf eine Inaktivierung der 30- S-Ribosomen der in den eukaryotischen Wirtszellen vorhandenen Mitochondrien zurückzuführen sein.

10 Ciprofloxacin ist ein synthetisches Antibiotikum mit breitem Wirkspektrum aus der Gruppe der Fluorchinolone. Die Substanz wurde 1981 von der Firma Bayer entwickelt und 1983 patentiert. [7][8] Antibiotika dieser Gruppe hemmen die Gyrase von Bakterien und damit ihre DNA-Replikation und ihre Zellteilung. Sie wirken dadurch bakterizid, und zwar vor allem gegen gramnegative Keime.

11 Aufgabe 3 Folgende Mechanismen e werden zur Erklärung gder preferential peee ta exclusion cuso herangezogen ea geoge [56-59]: 59]: 1. Das Protein verhält sich inert. Die Interaktion zwischen Protein und Hilfsstoff werden einzig durch die Beschaffenheit der Hilfsstofflösung beeinflusst. 2 Infolge unterschiedlicher Größe von Hilfsstoffmolekül und Wasser können die kleinen Wassermoleküle eine dichtere Oberflächenbedeckung b am Protein erreichen als die größeren Hilfsstoffmoleküle. ff l Es liegt ein sterischer Ausschluss der Hilfsstoffmoleküle vor. 2 Durch den Hilfsstoffzusatz wird die Oberflächenspannung der Lösung verändert. An der Grenzfläche zum hydrierten Protein werden die Hilfsstoffmoleküle bevorzugt ausgeschlossen, und es kommt zu einer Ungleichverteilung in der Lösung. Die native Form des Proteins wird durch Hilfsstoffzusatz stabilisiert, welche die Grenzflächenspannung von Wasser erhöhen. 2. Die chemische Eigenschaft der Proteinoberfläche bestimmt die Anziehung oder Abstoßung zwischen Protein und dhilfsstofflösung. fflö 2 Durch Abstoßung der Hilfsstoffmoleküle von der Proteinoberfläche aufgrund gleicher Ladungen steht an der Proteinoberfläche mehr Platz für Wassermoleküle zur Verfügung. Das Protein wird bevorzugt hydratisiert und die native Struktur durch preferential exclusion stabilisiert. 2 Hilfsstoffe wie Glycerol werden wegen eines solvophoben Effektes von der Proteinober- fläche ausgeschlossen. Der Kontakt zwischen den unpolaren Regionen des Proteins und der Glycerol-Wasser- Mischung ist entropisch noch ungünstiger als der Kontakt mit Wasser. Aus diesem Grund entfernen sich Glycerolmoleküle l l von der Proteinoberfläche und dhinterlassen eine mit itwasser angereicherte Proteinoberfläche. Glycerol zeigt dieses Verhalten, obwohl es eine Affinität zu polaren Regionen der Proteine aufweist. S.N.Timasheff, Stabilization of protein structure by solvent additives, Pharm.Biotechnol., Vol.3, Stab. Prot. Pharm., Part B, 1992, p

12 Zusatz von Glycerol. Bei vielen Proteinen führt der Zusatz von Glycerol l (bis zu 50 % w/v) zu längerer Haltbarkeit bei tiefen Temperaturen, vor allem, weil Glycerol/Proteingemische auch bei tiefen Temperaturen nicht einfrieren. Glucose, Saccharose, Fructose und Sorbitol scheinen einen ähnlichen Effekt auf die Stabilität eines Proteins in Lösung zu haben

13 Kohlenhydrate 1: Grundbegriffe D-Glucose = Aldose D-Fructose = Ketose Mutarotation Anomerie D-Glc Pyranose D-Glc D-Fru Furanose Epimerie D-Gal D-Man D Christoph Thiele / Biochemie 1 / WS2015/16 13

14 Kohlenhydrate 2: Verknüpfung und Modifikation D-Gal- -(1 >4)- -D-Gal ein freies anomeres Zentrum Gleichgewicht mit offener Form reduzierender Zucker Bildung von Schiffbasen mit Proteinen D-Glc- -(1 >2)- -D-Fru (Saccharose) kein freies anomeres Zentrum kein Gleichgewicht mit offener Form nicht reduzierender Zucker keine Bildung von Schiffbasen mit Proteinen Glucose Gluconsäure Gluconate: gute Gegenionen für Metalle Glucuronsäure statt sulfatierter Zucker in vielen Glykanen Konjugation Christoph Thiele / Biochemie 1 / WS2015/16 Glucitol = Sorbitol Konservierungsmittel gut gegen Karies 14