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Regulation der Glykolyse: Phosphofructokinase

Abbauwege des Pyruvats

Weitere Oxidation(zu CO2)

Alkoholische Gärung

Pyruvat-Decarboxylase

Alkohol-Dehydrogenase

Glucose + 2 Pi + 2 ADP + 2 H+

2 Ethanol + 2 CO2 + 2 ATP ++ 2 H2O

NAD+ wird bei der Gärung regneriert,somit das Redoxgleichgewicht in der Zelle aufrechterhalten

Auch bei der Milchsäuregärung wird NAD+ regeneriert

LactatDehydrogenase

Citratzyklus(Tricarbonsäurezyklus, Krebs-Zyklus)

&

Oxidative Phosphorylierung

Überblick „Zellatmung“

Citratzyklus Oxidative Phosphorylierung

Mitochondrium

Überblick Citratzyklus

Coenzym A

β-Mercapto-ethylamin

Pantothenat

Reaktive Gruppe

3‘-Phophoadenosindiphosphat

Acteyl-Coenzym A

Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex:Bildung von Acetyl-CoA aus Pyruvat

Pyruvat + CoA + NAD+ Acetyl-CoA + CO2 + NADH

Citratzyklus 1: Bildung von Citrat

Oxalacetat Acetyl-CoA Citroyl-CoA Citrat

Citrat Synthase

Mechanismus der Citrat Synthase

Citratzyklus 2: Bildung von Isocitrat über cis-Aconitat

Aconitase

Aconitase enthält einen 4Fe-4S Clusterim aktiven Zentrum

Citratzyklus 3: Oxidation von Isocitrat zu α-Ketoglutarat und CO2

Oxalsuccinat

Isocitrat Dehydrogenase

Citratzyklus 4: Oxidation von α-Ketoglutarat zu Succinyl-CoA und CO2

α-Ketoglutarat-Dehydrogenase-Komplex

Citratzyklus 5: Umwandlung von Succinyl-CoA in Succinat

Succinyl-CoA-Synthetase

Citratzyklus 6: Oxidation von Succinat zu Fumarat

Succinat-Dehydrogenase

Oxidation

Flavinadenindinukleotid (FAD)

Flavinmononukleotid

AMP

FAD / FADH2

Oxidierte Form(FAD)

Reduzierte Form(FADH2)

Citratzyklus 7: Hydratisierung von Fumarat zu Malat

Fumarase

Citratzyklus 8: Oxidation von Malat zu Oxalacetat

Oxalacetat

Malat-Dehydrogenase

Stöchiometrie des Citratzyklus

Acetyl-CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2 H2O

2 CO2 + 3 NADH + FADH2 + GTP + 2 H+ + CoA

Kontrolle des Citratzyklus

Rolle des Citratzyklusin der Biosynthese

Oxidative Phosphorylierung(Atmung)

Oxidative Phosphorylierung

Komplex I

Komplex III

Komplex IV

Komplex II

Mitochondriale Elektronentransportkette(Atmungskette)

Komplex I Komplex III Komplex IV

Matrix

Intermembran-raum

FMN

FeS

FeS

4 H+

4 H+ 2 H+

Q

Cyt. c

FeS

Cyt c1 CuA

CuB

Cyt a

Cyt a3

1/2 O + 2 H2+

H O2

Cytochrom c-Oxidase

Cytochrom bc -Komplex

1

Cyt b

Mitochondriale Elektronentransportkette(Atmungskette)

Komplex II Komplex III Komplex IV

Matrix

Intermembran-raum

FAD

FeS

FeS

4 H+ 2 H+

Q

Cyt. c

FeS

Cyt c1 CuA

CuB

Cyt a

Cyt a3

1/2 O + 2 H2+

H O2

Cytochrom c-Oxidase

Cytochrom bc -Komplex

1

Cyt b

Succinat-Q-Reductase

Das Redoxpotential bestimmt den Elektronenfluß in der Atmungskette

Oxidationsstufen von Flavinen

SemichinonZwischenprodukt

FlavinmononucleotidFMN (oxidiert)

FlavinmononucleotidFMNH2 (reduziert)

Eisen-Schwefel-Cluster

Cytochrome vom c-Typ

Komplex I und II übetragen Elektronen auf Coenzym Q(Ubichinon)

Gekoppelte Elektronen-Protonen Transfer Reaktionen

Oxidationsstufen von Chinonen

Coenzym QUbichinon (oxidiert)

Coenzym QUbichinon (reduziert)

SeminchinonZwischenprodukt

Struktur desCytochrom bc1-Komplex(Komplex III)

Struktur der Cytochrom c - Oxidase

Mechanismus der Cytochrom-c-Oxidase

Chemiosmotische Hypothese

ATP-Synthase(F1F0-ATPase)

Nobelpreis für Chemie 1997J. Walker, P. Boyer

Struktur desATPase F1-Komplexes

Abrahams et al., Nature 1994

α3β3Hexamer

Konformationsänderung der β-Untereinheit führt zu ATP - Freisetzung

Bindungswechsel-Mechanismus der ATP Synthase

ATP-Synthase (F1F0-ATPase)

3 ATP pro 360º↔ 10 Protonen

3,33 Protonen proATP

ATP Ausbeute bei vollständiger Oxidation von Glucose

+ 32 FADH2 aus dem Citratzyklus liefern jeweils 1,5 ATP

+ 156 NADH aus dem Citratzylkus liefern jeweils 2,5 ATP

+ 30Nettoausbeute pro Glucose

+ 52 NADH aus der oxidativen Decarboxylierung des Pyruvat liefern jeweils 2,5 ATP

+ 32 NADH der Glykolyse liefern jeweils 1,5 ATP (da NADH Transport über Glycerin-3-phosphat Shuttle)

Oxidative Phosphorylierung

Bildung von 2 FADH2

Bildung von 6 NADH

+ 2Bildung von 2 GTP aus 2 Succinyl-CoA

Citratzyklus

Umwandlung von Pyruvat in Acteyl-CoA (Bildung von 2 NADH)

Bildung von 2 NADH (Oxidation von 2 Molekülen Glycerinaldehyd-3-phosphat)

+ 2Dephosphorylierung von 2 Molekülen PEP

+ 2Dephosphorylierung von 2 Molekülen 1,3-BPG

-1Phosphorylierung von Fructose-6-phosphat

-1Phosphorylierung der Glucose

ATPGlykolyse

Der kleinste Motor der Welt

Regulierte Entkopplung: Thermogenese

UCP:Uncoupling

protein

Hemmung der Atmungskette

Elektronentransfer von cytosolischen NADH:Glycerin-3-phosphat Shuttle

Elektronentransfer von cytosolischen NADH:Malat-Aspartat Shuttle