Regulation der Glykolyse: Phosphofructokinase

Transkript

1 Regulation der Glykolyse: Phosphofructokinase

2 Abbauwege des Pyruvats Weitere Oxidation (zu CO 2 )

3 Alkoholische Gärung Pyruvat- Decarboxylase Alkohol- Dehydrogenase

4 NAD + wird bei der Gärung regneriert, somit das Redoxgleichgewicht in der Zelle aufrechterhalten Glucose + 2 P i + 2 ADP + 2 H + 2 Ethanol + 2 CO ATP H 2 O

5 Auch bei der Milchsäuregärung wird NAD + regeneriert Lactat Dehydrogenase

6 Citratzyklus (Tricarbonsäurezyklus, Krebs-Zyklus) & Oxidative Phosphorylierung

7 Überblick Zellatmung Citratzyklus Oxidative Phosphorylierung

8 Mitochondrium

9 Überblick Citratzyklus

10 Coenzym A Reaktive Gruppe β-mercaptoethylamin Pantothenat 3 -Phophoadenosindiphosphat

11 Acteyl-Coenzym A

12 Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex: Bildung von Acetyl-CoA aus Pyruvat Pyruvat + CoA + NAD + Acetyl-CoA + CO 2 + NADH

13 Citratzyklus 1: Bildung von Citrat Citrat Synthase Oxalacetat Acetyl-CoA Citroyl-CoA Citrat

14 Mechanismus der Citrat Synthase

15 Citratzyklus 2: Bildung von Isocitrat über cis-aconitat Aconitase

16 Aconitase enthält einen 4Fe-4S Cluster im aktiven Zentrum

17 Citratzyklus 3: Oxidation von Isocitrat zu α-ketoglutarat und CO 2 Isocitrat Dehydrogenase Oxalsuccinat

18 Citratzyklus 4: Oxidation von α-ketoglutarat zu Succinyl-CoA und CO 2 α-ketoglutarat-dehydrogenase-komplex

19 Citratzyklus 5: Umwandlung von Succinyl-CoA in Succinat Succinyl-CoA-Synthetase

20 Citratzyklus 6: Oxidation von Succinat zu Fumarat Succinat-Dehydrogenase Oxidation

21 Flavinadenindinukleotid (FAD) Flavinmononukleotid AMP

22 FAD / FADH 2 Oxidierte Form (FAD) Reduzierte Form (FADH 2 )

23 Citratzyklus 7: Hydratisierung von Fumarat zu Malat Fumarase

24 Citratzyklus 8: Oxidation von Malat zu Oxalacetat Malat-Dehydrogenase Oxalacetat

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26 Stöchiometrie des Citratzyklus Acetyl-CoA + 3 NAD + + FAD + GDP + P i + 2 H 2 O 2 CO NADH + FADH 2 + GTP + 2 H + + CoA

27 Kontrolle des Citratzyklus

28 Rolle des Citratzyklus in der Biosynthese

29 Oxidative Phosphorylierung (Atmung)

30 Oxidative Phosphorylierung

31 Komplex I Komplex II Komplex III Komplex IV

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33 Mitochondriale Elektronentransportkette (Atmungskette) Intermembranraum FMN 4 H + 4 H + 2 H + FeS FeS Q Cyt c1 Cyt b FeS Cyt. c Cu A Cyt a Cyt a 3 Cu B Matrix + 1/2 O H Komplex I Komplex III HO 2 Komplex IV Cytochrom bc1- Cytochrom c- Komplex Oxidase

34 Mitochondriale Elektronentransportkette (Atmungskette) Intermembranraum FeS FeS Q 4 H + 2 H + Cyt c1 Cyt b FeS Cyt. c Cu A Cyt a Cyt a 3 Cu B Matrix FAD + 1/2 O H Komplex II Komplex III HO Komplex IV 2 Succinat-Q- Cytochrom bc1- Cytochrom c- Reductase Komplex Oxidase

35 Das Redoxpotential bestimmt den Elektronenfluß in der Atmungskette

36 Oxidationsstufen von Flavinen Semichinon Zwischenprodukt Flavinmononucleotid FMNH 2 (reduziert) Flavinmononucleotid FMN (oxidiert)

37 Eisen-Schwefel-Cluster

38 Cytochrome vom c-typ

39 Komplex I und II übetragen Elektronen auf Coenzym Q (Ubichinon) Gekoppelte Elektronen-Protonen Transfer Reaktionen

40 Oxidationsstufen von Chinonen Coenzym Q Ubichinon (oxidiert) Seminchinon Zwischenprodukt Coenzym Q Ubichinon (reduziert)

41 Struktur des Cytochrom bc 1 - Komplex (Komplex III)

42 Struktur der Cytochrom c - Oxidase

43 Mechanismus der Cytochrom-c-Oxidase

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45 Chemiosmotische Hypothese

46 ATP-Synthase (F 1 F 0 -ATPase) Nobelpreis für Chemie 1997 J. Walker, P. Boyer

47 Struktur des ATPase F1-Komplexes α 3 β 3 Hexamer Abrahams et al., Nature 1994

48 Konformationsänderung der β-untereinheit führt zu ATP - Freisetzung

49 Bindungswechsel-Mechanismus der ATP Synthase

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51 ATP-Synthase (F 1 F 0 -ATPase) 3 ATP pro 360º 10 Protonen 3,33 Protonen pro ATP

52 ATP Ausbeute bei vollständiger Oxidation von Glucose Glykolyse Phosphorylierung der Glucose Phosphorylierung von Fructose-6-phosphat Dephosphorylierung von 2 Molekülen 1,3-BPG Dephosphorylierung von 2 Molekülen PEP ATP Bildung von 2 NADH (Oxidation von 2 Molekülen Glycerinaldehyd-3-phosphat) Umwandlung von Pyruvat in Acteyl-CoA (Bildung von 2 NADH) Citratzyklus Bildung von 2 GTP aus 2 Succinyl-CoA + 2 Bildung von 6 NADH Bildung von 2 FADH2 Oxidative Phosphorylierung 2 NADH der Glykolyse liefern jeweils 1,5 ATP (da NADH Transport über Glycerin-3-phosphat Shuttle) 2 NADH aus der oxidativen Decarboxylierung des Pyruvat liefern jeweils 2,5 ATP 2 FADH2 aus dem Citratzyklus liefern jeweils 1,5 ATP 6 NADH aus dem Citratzylkus liefern jeweils 2,5 ATP Nettoausbeute pro Glucose + 30

53 Der kleinste Motor der Welt

54 UCP: Uncoupling protein Regulierte Entkopplung: Thermogenese

55 Hemmung der Atmungskette

56 Elektronentransfer von cytosolischen NADH: Glycerin-3-phosphat Shuttle

57 Elektronentransfer von cytosolischen NADH: Malat-Aspartat Shuttle