Wo kommt die Glykolyse vor?
Was ist ihre Funktion?
Wie groß ist die freie Enthalpie der Reaktion?
In welchen Phasen läuft sie ab?
Die Glykolyse kommt im Cytosol aller Zellen vor.
Ihre Funktion ist der Abbau von Glucose zu Pyruvat bzw. Lactat.
dG0’ = -197 kJ/mol –> exergon
In der 1. Phase werden 2 ATP verbraucht, um aus Glucose Triosephosphate zu machen.
In der 2. Phase wird durch Substratkettenphosphorylierung 2 x 2ATP gebildet.
Wie verläuft der 1. Abschnitt der Glykolyse?
Durch welches Enzym lassen sich die beiden Triosephosphate ineinander überführen?
- Hexokinase phosphoryliert alpha-D-Glucose zu alpha-D-Glucose-6-Phosphat.
- Glucosephosphat-Isomerase führt alpha-D-Glucose-6-Phosphat in alpha-D-Fructose-6-Phosphat über.
- Phosphofructokinase phosphoryliert alpha-D-Fructose-6-Phosphat zu alpha-D-Frucotse-1,6-bisphosphat.
- Aldolase spaltet alpha-D-Fructose-1,6-bisphosphat in Dihydroxyacetonphosphat und D-Glycerinaldehyd-3-phosphat.
Triosephosphatisomerase kann D-Glycerinaldehyd-3-phosphat und Dihydroxyacetonphosphat ineinander umwandeln.
Wie verläuft der 2. Abschnitt der Glykolyse?
D-Glycerinaldehyd-3-phosphat und Dihydroxyacetonphosphat liegen vor.
-Glycerinaldehyd-3-phosphat-Dehydrogenase phosphoryliert D-Glycerinaldehyd-3-phosphat in 1,3-Bisphosphoglycerat.
- Substratkettenphosphorylierung: Phosphoglyceratkinase überträgt das Säureanhydrid-Phosphat (sehr energiereich) auf ein ADP. Es bleibt 3-Phosphoglycerat übrig.
- Die Phosphoglyceratmutase verschiebt das C3-Phosphat auf die C2-Position –> 2-Phosphoglycerat.
- Das Enzym Enolase dehydriert 2-Phosphoglycerat zu Phosphoenolpyruvat, sodass die Phosphatgruppe nun auch zu den energiereichen Phosphaten gehört.
- 2.Substratkettenphosphorylierung: Pyruvatkinase überträgt das Enolpyruvat auf ADP und es entsteht ATP und Pyruvat.
Warum ist die C1-Phosphatgruppe bei 1,3-Bisphosphoglycerat energiereicher, als die C3-Phosphatgruppe?
Bei der C1-Phosphatgruppe handelt es sich um ein gemischtes Säureanhydrid, welches zu den energiereichen Verbindungen gehört und ein hohes Gruppenübertragungspotential besitzt.
Bei der C3-Phosphatgruppe handelt es sich um einen einfachen Phosphorsäureester.
Warum ist die Oxidation des Glycerinaldehyd-3-phosphats zu 1,3-Bisphosphoglycerats der Energie-konservierende Schritt der Glykolyse?
- Bei der von Glycerinaldehyd-3-phosphat-Dehydrogenase katalysierten Reaktion bindet Glycerinaldehyd-3-phosphat an die SH-Gruppe im aktiven Zentrum des Enzyms –> es bildet sich ein Thiohalbacetal.
- Dadurch, das am Enzym NAD zu NADH oxidiert wird, wird auch das Thiohalbacetal zu einem Thioester oxidiert.
- Thioester haben ein hohes Gruppenübertragunspotential und gehören zu den energiereichen Verbindungen.
- Durch die phosphorolytische Spaltung des Thioesters (Ablösung vom Enzym) entsteht ein Phosphorsäureanhydrid, in dem das hohe Gruppenübertragungspotential des Thioesters erhalten bleibt.
- Deshalb handelt es sich um einen energie-konservierenden Schritt.
Was unterscheidet Hexokinase und Glucokinase?
Warum ist in der Leber Glucokinase?
Hexokinase kommt in den meisten Zellen vor und hat eine hohe Glucose-Affinität (Km <0,1mM).
Glucokinase zeigt keine Michaelis-Menten-Kinetik
Warum endet die anaerobe Glykolyse nicht bei Pyruvat sonder bei Lactat?
Die Glycerinaldehyd-3-phosphatdehydrogenase benötigt NAD, um Glycerinaldehyd-3-phosphat zu phosphorylieren, deswegen muss der Cofaktor regeneriert werden, denn bei steigender NADH-Konzentration wird das Enzym gehemmt.
Lactat + NAD sind das Produkt der Oxidation von Pyruvat + NADH + H+.
Wie sieht die Energiebilanz der anaeroben Glykolyse aus? Was wird aus einem Mol Glucose gewonnen?
Wie sieht die Energiebilanz der aeroben Glykolyse im Gegenzug aus?
Anaerobe Glykolyse:
Glucose –> 2 Lactat + 2 ATP
Aerobe Glykolyse:
Glucose –> 6 CO2 + 32 oder 34 ATP (Malat/Aspartat-Shuttle)
Welche Schritte der Glykolyse sind irreversibel?
Wie werden diese Schritte reguliert?
Die von Hexokinase, Phosphofructokinase und Pyruvatkinase katalysierten Schritte sind irreversibel.
- Hexokinase wird vom Produkt Glucose-6-Phosphat gehemmt (Produkthemmung).
- Pyruvatkinase wird durch ATP, Acetyl-CoA und Alalnin gehemmt (ein Anstieg von Alanin bedeutet eine Absättigung der Zelle mit allen Nährstoffen)
- Citrat und ATP hemmen die Phosphofructokinase (indirekte Produkthemmung).
- ADP, AMP und Fructose-2,6-bisphosphat (Metabolit, stärkster Aktivator der Frc-Kinase) aktivieren die Phosphofructokinase
Wie ist die Phosphofructokinase aufgebaut?
Die Phosphofructokinase besteht aus vier identischen Untereinheiten.
In den katalytischen Zentren binden die Edukte (Fructose-6-Phosphat und ATP) und die Produkte (Fructose-1,6-bisphosphat und ADP).
An den regulatorischen Stellen binden Effektoren:
z.B. ATP, Fructose-2,6-bisphosphat, AMP.
Von welchem Enzym wird das Fructose-2,6-bisphosphat auf- und abgebaut?
Wodurch wird das Enzym in der Leber reguliert?
PFK2/FBPase2 ist ein bifunktionelles Enzym mit zwei Domänen, von denen eine für die Bildung und die andere für den Abbau von Fructose-2,6-bisohosphat zuständig ist.
PKF2/FBPase2 wird hormonell reguliert.
Bei hohen Glucose-Spiegeln wird Insulin ausgeschüttet, das für einen niedrigen cAMP-Spiegel sorgt.
Wenig cAMP sorgt dafür, dass PFK2/FBPase2 nicht phosphoryliert wird und so der bildende Teil des Enzyms stimuliert wird (Bildung von Fructose-2,6-bisphosphat aus Fructose-6-Phosphat).
Bei niedrigen Glucose-Spiegeln herrscht ein hoher Glucagon-Spiegel, welcher zu einem hohen cAMP-Spiegel führt und dadurch für eine geringere Aktivität der PFK sorgt. Es findet dann vermehrt Abbau von Fructose-2,6-bisphosphat zu Fructose-6-Phosphat durch die FBPase2 statt.
Wie unterscheiden sich die PFK2/FBPase2-Isoenzyme in Leber, Herz und Skelettmuskel?
Was hat das für eine Auswirkung auf den Stoffwechsel?
Die drei verschiedenen Isoenzyme der PFK2/FBPase2 werden an verschiedenen Serinresten phosphoryliert und sind so auch unterschiedlich regulierbar:
- In der Leber sorgen hohe cAMP-Spiegel (durch Glucagon hervorherufen) für eine Hemmung des Enzyms und einer Erniedrigung von Frc-2,6-bisphosphat –>die Glykolyse wird gehemmt.
- Im Herzmuskel bewirken Katecholamine über cAMP eine Erhähung von Frc-2,6-bisphosphat und somit eine Beschleunigung der Glykolyse
- Im Skelettmuskel wird PFK2/FBPase2 nicht phosphoryliert, aber erhähte Adrenalinspiegel führen dennoch zu erhöhten Frc-2,6-bisphosphat-Spiegeln.
Warum?
- In der Leber kommt es zur Abgabe von Glucose ans Blut, da cAMP gleichzeitig die Glygenolyse (Aktivierung von gespeicherter Glucose) stimuliert und das gebildete Glucose-6-phosphat nicht in der Glykolyse (durch cAMP gehemmt) abgebaut wird.
- Im Herzmuskel wird durch die Stimulierung der Glykolyse das aus dem Speicher kommende Glucose-6-Phosphat zur Energiegewinnung wieder abgebaut.
