Primärstoffwechsel. Prof. Dr. Albert Duschl

Transkript

1 Primärstoffwechsel Prof. Dr. Albert Duschl

2 Aufgaben Der Primärstoffwechsel sorgt für Aufbau (Anabolismus) und Abbau (Katabolismus) biologischer Moleküle, wie Aminosäuren, Lipide, Kohlenhydrate und Nukleinsäuren. Es findet auch im Ruhezustand ein permanenter Metabolismus statt. Die kontinuierliche Umwälzung des Molekülpools erlaubt die Entfernung von beschädigten oder nicht mehr benötigten Molekülen. Viele katabole Reaktionen speisen ihre Produkte in den Energiestoffwechsel ein, vor allem in die Glycolyse und in den Citratzyklus. Löffler: Basiswissen Biochemie

3 Gluconeogenese Unter den grossen anabolen Stoffwechselwegen steht die Bildung von Zucker mit dem Energiestoffwechsel in der engsten Verbindung. Die Gluconeogenese ist im wesentlichen eine rückwärts laufende Glycolyse. Dies ist keineswegs bei allen Biomolekülen so - Synthese und Abbau sind oft völlig getrennte Vorgänge. Ort der Glycolyse ist hauptsächlich das Cytoplasma, die ersten Schritte finden jedoch in der Mitochondrienmatrix statt. both figures Löffler/Petrides: Biochemie und Pathobiochemie

4 Glycogensynthese Höhere Zucker werden über Nukleotidzucker synthetisiert (aktivierte Zucker). Im Fall von Glycogen wird bei Eukaryonten UDP-Glucose verwendet. Der Start der Synthese erfolgt an einem schon vorhandenen Starterglycogen, oder an dem Protein Glycogenin, das sich über eine interne Glycosyltransferaseaktivität selber glycosylieren kann. ADP-Glucose wird von Pflanzen zur Stärkesynthese und von Bakterien zur Glycogensynthese verwendet. Löffler/Petrides: Biochemie und Pathobiochemie

5 Fettsäuresynthese Die Fettsäuresynthese erfolgt bei Tieren im Cytoplasma an einem grossen Multienzymkomplex, der Fettsäuresynthetase. Die Synthese beginnt an einem Starter Acetyl- CoA, das seinen Acetylrest an ein Trägerprotein abgibt, das Acylcarrier-Protein (ACP) Für die Verlängerung wird jeweils ein Malonyl- CoA verwendet. Für dessen Herstellung aus AcCoA wird ein CO 2 benötigt, so daß die Reaktion CO 2 -abhängig ist. Da das CO 2 wieder freigesetzt wird, erfolgt die Kettenverlängerung in Schritten von 2 C Atomen. Die Bausteine kommen aus dem Citratzyklus Löffler/Petrides: Biochemie und Pathobiochemie Nelson/Cox: Lehninger Principles of Biochemistry

6 ß-Oxidation der Fettsäuren Fettsäureabbau erfolgt bei Tieren in der Mitochondrienmatrix. Intermediate werden an CoA gebunden, nicht an ACP. Es gibt keinen fest assoziierten Multienzymkomplex, sondern Einzelenzyme. Die Oxidation ergibt jeweils AcCoA. Malonyl-CoA taucht nicht auf. Reduktionsäquivalente sind NAD und FAD 2, nicht NADP wie bei der Synthese. ß-Oxidation akzeptiert Fettsäuren jeder Länge, während die Synthetase nur bis C16 geht (Palmitat) und längere Fettsäuren von anderen Enzymen aus Palmitat hergestellt werden. Beim Abbau ungeradzahliger Fettsäuren entsteht im letzten Schritt Propionyl-CoA. Stryer: Biochemistry

7 Cholesterinsynthese Cholesterin wird in einer Totalsynthese aus AcCoA aufgebaut. Die Synthese erfolgt überwiegend in der Leber und in geringem Ausmaß in Darm und Haut. Bei normaler Kost kommt 50% unseres Cholesterins aus Eigensynthese. Der Körper ist aber durchaus in der Lage den Gesamtbedarf zu decken. Cholesterin wird unverändert oder nach Umwandlung in Gallensäuren über die Galle abgegeben. Ein sehr kleiner Teil wird zur Synthese von Steroidhormonen verwendet. Ein weiterer Katabolismus findet normalerweise nicht statt. Koolman/Röhm: Taschenatlas der Biochemie

8 Tiere vs. Pflanzen Bei Zellen höherer Pflanzen findet die Fettsäuresynthese nicht im Cytoplasma, sondern im Stroma der Chloroplasten statt. Die ß-Oxidation findet bei Pflanzen nicht in Mitochondrien, sondern in Peroxisomen statt. Nelson/Cox: Lehninger Principles of Biochemistry

9 Die Geschichte vom Tiger Fehringer: Die Welt der Säugetiere

10 Glycerin aus Glycerophosphatiden Glycerin, der Träger der Fettsäuren in Speicherfetten, wird selbst in die Glycolyse eingeführt. both figures Stryer: Biochemistry

11 Aminosäuresynthese Für die Aminosäuren gibt es keinen einheitlichen Syntheseweg. Sie werden aus relativ gewöhnlichen Vorläufermolekülen hergestellt, wobei sich 6 Synthesefamilien unterscheiden lassen. Die hier fett gedruckten Aminosäuren sind essentiell. Stryer: Biochemistry

12 Aminosäureabbau Aminosäuren werden in den Citratzyklus eingeschleust. Es gibt sieben hauptsächliche Abbauwege. Bei Abbauwegen die zu AcCoA oder Acetoacetyl-CoA führen, ist es nicht möglich, die Kohlenstoffgerüste zur Gluconeogenese zu verwenden. Aminosäuren die in Glucose überführt werden können nennt man glucogen, die anderen sind ketogen. Manche Aminosäuren können sowohl glucogen als auch ketogen abgebaut werden. Stryer: Biochemistry

13 Harnstoffzyklus Die Aminogruppen der abgebauten Aminosäuren müssen in eine unschädliche Transportform umgewandelt werden, da Ammoniumionen (NH 4+ ) mit Ammoniak im Gleichgewicht stehen und Ammoniak giftig ist. Dies geschieht bei uns im Harnstoffzyklus, der auf Cytoplasma und Mitochondrienmatrix verteilt ist. Ausscheidungsform ist also Harnstoff (bei ureothelischen Tieren, z.b. Säuger). Uricothelische Tiere verwenden Harnsäure (z.b. Vögel). Ammoniothelische Tiere verwenden Ammoniumionen (z.b. Fische). both figures Stryer: Biochemistry

14 Purinstoffwechsel Purine werden in einer vielstufigen Totalsynthese aufgebaut. Der Abbau erfolgt zu Harnsäure, die ausgeschieden wird. both figures Löffler/Petrides: Biochemie und Pathobiochemie

15 Pyrimidinstoffwechsel Der Pyrimidinring wird aus Aspartat und Carbamylphosphat gebildet. Der Abbau erfolgt zu Acetat bzw. Propionat. Nature 414: 858 (2001) both figures Löffler/Petrides: Biochemie und Pathobiochemie