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Pharmazeutische Biologie– Grundlagen der Biochemie –
Prof. Dr. Theo DingermannInstitut für Pharmazeutische Biologie
Goethe-Universität [email protected]
Enzyme E1 E4E3E2
Biosynthese A B C D E
A
B
E1E7
E4E5E6 E3
E2C
E1E2
E4E5
Montag, 16. Januar 12
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Glykolyse – Abbau von Glukose zu Pyruvat
Hexokinase
Glukose
ATPADP
O
OH
OHHO
CH2OH
OH
O
OH
OHHO
O–CH2P
OH
Glukose-6-P
HOOH
CH2
OH
OGlc-6-P-Isomerase
Fructose-6-P
Phosphofructo-kinase
ATPADP
HOOH
CH2–O P
OH
O
Fructose-1,6-bisphosphat
C O
HC OHHC OH
CHHO
CH2OH
O–CH2P O–CH2P
CH2–O P
CH2–O P
C OCH2–O P
HC OHCH2–O P
CO H
Dihydroxyaceton-phosphat
Glycerinaldehyd-3-phosphat
Aldolase
96%4%
Triosephosphat-Isomerase
HC OHCH2–O P
CO S–GAPDH
GAPDHHC OHCH2–O P
COHS–GAPDH
H
NADH+H+NAD+
Pi
HC OHCH2–O P
CO PO
3-Phosphoglycerin-1-phosphat
HC OHCH2–O P
CO OH
3-Phosphoglycerat
ATPADPPhospho-
glycerat-kinase
HC OCH2OH
PC
O OH
2-Phosphoglycerat
Phospho-glycerat-mutase Enolase
H2O
C OCH2
PC
O OH
Phosphoenol-pyruvat
Pyruvatkinase
ATPADP CH3
CO OH
C O
Pyruvat
Montag, 16. Januar 12
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Phosphorylierung von Glucose – 1 ATPPhosphorylierung von Fructose-6-P – 1 ATP
pro Hexose entstehen 2 Triosen:
GAPDH-Reaktion 1 NADH + H+ x2Substratketten-Phosphorylierung 1 ATP x2 + 2 ATPPEP-Kinase-Reaktion 1 ATP x2 + 2 ATP
pro Hexose in Summe + 2 ATP + 2 NADH + H+
Glykolyse – Energiebilanz
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Pyruvat
4 [H] + O2 2 H2O
Glykolyse
Energiegewinnung bei Heterotrophen
Atmungskette
GTPGDP
Stärke/Glykogen ProteineFette
Fettsäuren
Acetyl-CoA
FADH2
Glukose
Pyruvat
α-KetoglutaratCitrat-Zyklus
NADH + H+
NADH + H+
ATP
NADH + H+
ATP
Aminosäuren
GlutaminsäureFADH2
NADH + H+
NADH + H+
Montag, 16. Januar 12
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Glykolyse – Abbau von Glukose zu Pyruvat
Hexokinase
Glukose
ATPADP
O
OH
OHHO
CH2OH
OH
O
OH
OHHO
O–CH2P
OH
Glukose-6-P
HOOH
CH2
OH
OGlc-6-P-Isomerase
Fructose-6-P
Phosphofructo-kinase
ATPADP
HOOH
CH2–O P
OH
O
Fructose-1,6-bisphosphat
C O
HC OHHC OH
CHHO
CH2OH
O–CH2P O–CH2P
CH2–O P
CH2–O P
C OCH2–O P
HC OHCH2–O P
CO H
Dihydroxyaceton-phosphat
Glycerinaldehyd-3-phosphat
Aldolase
96%4%
Triosephosphat-Isomerase
HC OHCH2–O P
CO S–GAPDH
GAPDHHC OHCH2–O P
COHS–GAPDH
H
NADH+H+NAD+
Pi
HC OHCH2–O P
CO PO
3-Phosphoglycerin-1-phosphat
HC OHCH2–O P
CO OH
3-Phosphoglycerat
ATPADPPhospho-
glycerat-kinase
HC OCH2OH
PC
O OH
2-Phosphoglycerat
Phospho-glycerat-mutase Enolase
H2O
C OCH2
PC
O OH
Phosphoenol-pyruvat
Pyruvatkinase
ATPADP CH3
CO OH
C O
Pyruvat
Montag, 16. Januar 12
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Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex
Thiaminpyrophosphat (TPP; Vitamin B1)LiponsäureCoASHFADNAD+
Oxidative Decarboxylierung von Pyruvat
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Energiegewinnung bei Heterotrophen
Atmungskette
GTPGDP
Stärke/Glykogen ProteineFette
Fettsäuren
Acetyl-CoA
FADH2
Glukose
Pyruvat
α-KetoglutaratCitrat-Zyklus
NADH + H+
NADH + H+
ATP
NADH + H+
ATP
Aminosäuren
GlutaminsäureFADH2
NADH + H+
NADH + H+
Pyruvat
4 [H] + O2 2 H2O
Glykolyse
Mitochondrien
Montag, 16. Januar 12
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Mitochondrium: "Energiefabrik" der Zelle
Montag, 16. Januar 12
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Energiegewinnung bei Heterotrophen
Atmungskette
GTPGDP
Stärke/Glykogen ProteineFette
Fettsäuren
Acetyl-CoA
FADH2
Glukose
Pyruvat
α-KetoglutaratCitrat-Zyklus
NADH + H+
NADH + H+
ATP
NADH + H+
ATP
Aminosäuren
GlutaminsäureFADH2
NADH + H+
NADH + H+
Pyruvat
4 [H] + O2 2 H2O Montag, 16. Januar 12
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Fettsäuren
Stearinsäure 18:0CO
O
Ölsäure 18:1CO
O
Linolsäure 18:2CO
O
Linolensäure 18:3CO
O
Arachidonsäure 20:4CO
O
Palmitinsäure 16:0CO
O
H3C–CH2–CH2–CH2–CH2–CH2–CH2–CH2–CH2–CH2–CH2–CH2–CH2–CH2–CH2–COO– 1 16
α"β"ω"
ω-6
ω-6
ω-3
cis-Δ9"9
Montag, 16. Januar 12
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Neutralfette (Lipide; Triglyceride)
HO Glycerol
HO CH2
CH
CH2HO
1
2
3
MonoacylglycerolCO
Diacylglycerol
CO
Triacylglycerol
CO
Pankreas-Lipase
HO CH2
CH
CH2
O
HO
CO
Monoacylglycerol-Lipase!
Fettsäuren + Glycerin!
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Energiegewinnung bei Heterotrophen
Atmungskette
GTPGDP
Stärke/Glykogen ProteineFette
Fettsäuren
Acetyl-CoA
FADH2
Glukose
Pyruvat
α-KetoglutaratCitrat-Zyklus
NADH + H+
NADH + H+
ATP
NADH + H+
ATP
Aminosäuren
GlutaminsäureFADH2
NADH + H+
NADH + H+
Pyruvat
4 [H] + O2 2 H2O
ATP
Montag, 16. Januar 12
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Abbau von Fettsäuren (ß-Oxidation)
CO
O
Acyl-CoA-Synthetase
ATPPPi
CO
O
Acyl-CoA-Synthetase
CO
AMP
HS-CoAAMP
S-CoA
"Acyl-CoA"
Aktivierung der Fettsäure!
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Abbau von Fettsäuren (ß-Oxidation)
NAD+
S-CoA
CH2
CO
CH2
C
RNADH+H+
3-Ketoacyl-CoA
2. Oxidation
OThiolase
S-CoA
CH2
CO
RAcyl-CoA
Thiolytische Spaltung
HS-CoA
S-CoA
CH3
CO
Acetyl-CoA
+
Acyl-CoA-DH
S-CoA
CH2
CO
CH2
CH2
R
Acyl-CoA
FAD
S-CoA
CHC
O
CH2
HC
R
1. Oxidation
FADH2
trans-Δ2 Enoyl-CoA
Enoyl-CoA-Hydratase
H2O
S-CoA
CH2
CO
CH2
CH
R
L-3-Hydroxyacyl-CoA
Wasseranlagerung
HO
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pro abgespaltenem C2-Körper:
1 FADH2
1 NADH + H+
1 Acetyl-CoA
Beispiel Palmitinsäure (C16):
7 FADH2
7 NADH + H+
8 Acetyl-CoA
Bilanz der ß-Oxidation
Montag, 16. Januar 12
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Energiegewinnung bei Heterotrophen
Atmungskette
GTPGDP
Stärke/Glykogen ProteineFette
Fettsäuren
Acetyl-CoA
FADH2
Glukose
Pyruvat
α-KetoglutaratCitrat-Zyklus
NADH + H+
NADH + H+
ATP
NADH + H+
ATP
Aminosäuren
GlutaminsäureFADH2
NADH + H+
NADH + H+
Pyruvat
4 [H] + O2 2 H2O Montag, 16. Januar 12
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Abbau von Aminosäuren
Transaminierung!COOHCCH2CH2COOH
O
2-Oxoglutarat GlutaminsäureAminosäure
COOHCHH2NR
COOHCHH2NCH2CH2COOH
COOH
R
2-Ketosäure
+ +C OTransaminasen
Aminosäure + NAD+ + H2O 2-Ketosäure + NADH + H+ + NH3 !Oxidative Desaminierung von Glutaminsäure
NAD+NADH+H+
Glutaminsäure
COOHCHH2NCH2CH2COOH
NH4+
COOHCCH2CH2COOH
O
2-Oxoglutarat
Glutaminsäure-DH
NH3 H2O
Montag, 16. Januar 12
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Energiegewinnung bei Heterotrophen
Atmungskette
GTPGDP
Stärke/Glykogen ProteineFette
Fettsäuren
Acetyl-CoA
FADH2
Glukose
Pyruvat
α-KetoglutaratCitrat-Zyklus
NADH + H+
NADH + H+
ATP
NADH + H+
ATP
Aminosäuren
GlutaminsäureFADH2
NADH + H+
NADH + H+
Pyruvat
4 [H] + O2 2 H2O Montag, 16. Januar 12
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Citratzyklus: Teil 1 der "Endoxidation"
GTPGDP
Acetyl-CoA
2-Ketoglutarat
NADH+H+ +Succinyl-CoA
Succinat
Fumarat
Malat
OxalacetatNADH+H+
NAD+
NAD+
Citrat
Isocitrat
FADH2FAD
NADH+H+ +NAD+
CO2
CO2
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Citratzyklus
Citrat-Synthase
Oxalacetat
GTP GDP
Citrat
C OCH2
COO–
COO–H2OS-CoA
CH3C
O HS-CoA
CCH2
COO–
COO–
HOCH2COO–
AconitaseHCCH
COO–
COO–
CH2COO–
HO
Isocitrat
NADH+H+NAD+
Isocitrat-DH
C O
CH2COO–
COO–
CH2
2-Ketoglutarat
NADH+H+
NAD+HS-CoA
CO2
CH2COO–
CH2C
O S-CoAPiHS-CoA
CH2COO–
CH2COO–
Succinyl-CoASuccinat
2-Ketoglutarat-DH
Succinyl-CoA-Synthetase
FADH2FAD
CHCOO–
HCCOO–
Fumarat
Succinat-DHFumarase
H2O
CHCOO–
COO–
HOCH2
Malat
NADH+H+
NAD+
Malat-DHCO2
Montag, 16. Januar 12