Stoffwechsel Flashcards
In welchem Organ läuft der Harnstoffzyklus überwiegend ab?
Leber
Der Harnstoffzyklus ist ein Stoffwechselkreislauf zur Entgiftung stickstoffhaltiger Abbauprodukte, v. a. Ammoniak. Das beim Abbau von Aminosäuren entstehende NH3 wird in Mitochondrien und Zytosol der Leberzellen mit Hydrogencarbonat und der α-Aminogruppe der L-Asparaginsäure zu Harnstoff umgesetzt und in dieser Form über die Niere ausgeschieden.
Im Harnstoffzyklus findet zunächst die Carbamoylierung von Ornithin statt, dieses reagiert mit Carbamoylphosphat zu Citrullin. Es folgt die Anlagerung einer von der L-Asparaginsäure stammenden Aminogruppe an das Citrullin, wodurch Argininosuccinat gebildet wird. Ornithin und Citrullin sind nicht-proteinogene Aminosäuren und benötigen einen Carrier für den Transport zwischen Mitochondrien und Zytosol. Zur Bildung von Carbamoylphosphat und Argininosuccinat werden im Harnstoffzyklus insgesamt 3 ATP benötigt. Das aus Argininosuccinat gebildete Arginin wird durch das Enzym Arginase zu Harnstoff und Ornithin gespalten.
Wie nennt man den Punkt ab dem die Verstoffwechselung von Lakat in der Leber maximal ist?
anaerobe Schwelle
Danach kommt es zur explosionsartigen Anhäufung von Laktat, die zum Abbruch zwingt. Lebererkrankungen zeichnen sich daher häufig durch Belastungsintoleranz aus.
Was ist das Schrittmacher- und Schlüsselenzym des Harnstoffzyklus?
Carbamoyl-Phosphat-Synthetase I (CPS1)
Setzt – unter Hydrolyse von zwei 2 ATP zu ADP – CO2 und NH3 zu Carbamoylphosphat um. Die CPS1 befindet sich in der mitochondrialen Matrix, ganz im Gegensatz zur zytosolischen CPS2, welche ein Enzym der Pyrimidinsynthese ist.
Was ist Cofaktor und Regulator der Carbamoyl-Phosphat-Synthetase I (CPS1)?
N-Acetylglutamat
N-Acetylglutamat ist umso höher konzentriert, je mehr Glutamat und Acetyl-CoA vorhanden sind. Glutamat entsteht beim Abbau von Aminosäuren.
Carbamoylphosphat liefert eines der beiden N-Atome sowie das C-Atom des im Harnstoffzyklus gebildeten Harnstoffmoleküls (Urea). Das zweite N-Atom stammt aus einem Molekül __________.
Aspartat
Asparaginsäure
Was sind die beiden Ausgangsstoffe des Harnstoffzyklus und zugleich Substrat der Carbamoyl-Phosphat-Synthetase I (CPS1)?
Ammoniak (NH3) und Bicarbonat (HCO3−)
Energiebilanz des Harnstoffzyklus: Verbraucht _____.
3 ATP
Insgesamt werden aber vier energiereiche Bindungen gespalten, da von einem ATP zwei Phosphatreste abgespalten werden.
Welches Enzym bindet freies Ammoniak (NH3) im Gewebe an Glutamat, wodurch Glutamin entsteht?
Glutamat-Ammonium-Ligase
veraltet Glutamin-Synthetase
Da Ammoniak toxisch ist, muss es zum Transport im Körper (zur Leber) an Glutamin oder Alanin gebunden vorliegen.
In der Leber spaltet die Glutaminase diesen Ammoniak (NH3) wieder ab, wobei erneut Glutamat entsteht. Glutamat wird dann von der Glutamat-Dehydrogenase in α-Ketoglutarat, Ammoniak und NADH+H+ umgewandelt.
Da es keinen Carrier zum Transport von Carbamoyl-Phosphat aus dem Mitochondrium gibt muss beim Harnstoffzyklus zunächst __________ aus Carbamoyl-Phosphat und Ornithin gebildet werden.
Citrullin
Der Transport von Citrullin ins Zytosol im Austausch mit Ornithin geschieht beim Harnstoffzyklus über den sog. ________________.
Citrullin-Ornithin-Antiporter
Die Argininosuccinat-Synthase (ASS), Argininosuccinat-Lyase (ASL) und Arginase (ARG) katalysieren beim Harnstoffzyklus die drei Reaktionen im _________.
Cytosol
Am Ende ensteht Harnstoff (Urea), der übers Blut von der Leber zur Niere transportiert wird und mit dem Harn ausgeschieden wird und Ornithin, das wieder ins Mitochondrium überführt wird.
Welcher Stoffwechselprozess wird von Antimycinen gehemmt?
Atmungskette
Komplex III
Antimycin A bindet an den Komplex III und blockiert damit die Übertragung von Elektronen vom Coenzym Q auf Cytochrom c. Die Komponenten der Atmungskette, die vor dem Wirkungsort von Antimycin A im Komplex III liegen, bleiben reduziert. Alle Komponenten dahinter, bleiben oxidiert. Damit wird der Verbrauch von Sauerstoff im Komplex IV und die Synthese von ATP im Komplex V gehemmt.
Wie nennt man eine wichtige in der mitochondrialen Matrix ablaufende biochemische Reaktionsfolge die der Atmungskette vorausgeht und der Bildung von Reduktionsäquivalenten sowie der Bereitstellung von Substraten für verschiedene Synthesevorgänge der Zelle dient?
Citrat-Zyklus
Krebs-Zyklus, TCA-Zyklus
Der Citratzyklus findet nach der Glykolyse und der oxidativen Decarboxylierung von Pyruvat zu Acetyl-CoA, jedoch vor der Endoxidation in der Atmungskette statt. Es ist der gemeinsame Stoffwechselweg, mit dem der Abbau von Kohlenhydraten, Lipiden und vieler Aminosäuren endet.
Den Citratzyklus kann man in zwei Phasen einteilen: 1. Die Oxidation von Acetyl-CoA zu 2CO2 unter Bildung von Succinat und 2. die Regeneration des Ausgangsstoffes Oxalacetat aus Succinat.
Beim Abbau von Glucose in der Glykolyse entsteht Pyruvat, das in Form von Acetyl-CoA in den Citratzyklus eingespeist wird, bei dem in 8 Reaktionsschritten insgesamt 3 NADH+H+, 1 FADH2 und 1 GTP entstehen. Die Reduktionsäquivalente NADH+H+ und FADH2 werden in der Atmungskette oxidiert, sodass die Energiebilanz ≙ 10 ATP entspricht.
Was sind die Ausgangsstoffe des Citrat-Zyklus?
Acetyl-CoA und Oxalacetat
Citrat-Synthase katalysiert die Synthese zu Citrat unter Abscheiden von CoA.
Welches Enzym katalysiert die Oxidative Decarboxylierung von α-Ketoglutarat im Citrat-Zyklus, sodass Succinyl-CoA
unter CO2 Abgabe entsteht?
α-Ketoglutarat-Dehydrogenase-Komplex
Multienzymkomplex, bestehend aus 3 Enzymen, der dieselben Cofaktoren wie die Enzyme der Pyruvatdehydrogenase benötigen, nämlich: Thiamin-Pyrophosphat (TPP), Liponamid, Coenzym A, FAD und NAD+.
Welches Enzym im Citrat-Zyklus katalysiert die Abspaltung von CoA von Succinyl-CoA, sodass Succinat und CoA entstehen?
Succinyl-CoA-Synthetase
Die Energie, die bei der Spaltung der Thioesterbindung zwischen Succinat und CoA frei wird, wird dazu genutzt, um im Sinne der Substratkettenphosphorylierung das energiereiche Molekül GTP zu bilden: GDP → GTP.
Die ________ bildet die Schnittstelle zwischen Citratzyklus und Atmungskette und katalysiert die Oxidation von Succinat zu Fumarat wobei aus FAD → FADH2 und Reduktion von Ubichinon (Coenzym Q) zu Ubichinol durch Übertragung der 2e- von FADH2.
Succinat-Dehydrogenase
Es wird eine Doppelbindung eingeführt von Succinat → Fumarat.
Die Succinat-Dehydrogenase sitzt fest in der inneren Mitochondrienmembran und ist Teil von Komplex-II der Atmungskette.
Wenn die Reduktionsäquivalente FADH2 und NADH+H+ in der Atmungskette nicht oxidiert werden können, weil bspw. Sauerstoff fehlt, wird auch der _________ gehemmt.
Citrat-Zyklus
Findet nur unter aeroben Bedingungen statt.
Der Citratzyklus hat kein Schlüsselenzym. Damit kann er nicht als Ganzes gehemmt werden, sondern immer nur einzelne Reaktionen und Hormone haben keinen Einfluss auf den Citratzyklus!
Der Citrat-Zyklus wird ________, wenn es ein hohes Angebot seiner Substrate in der Zelle gibt (also z.B. Acetyl-CoA, NAD+ und FAD).
aktiviert
Der Citrat-Zyklus wird ________, wenn es ein hohes Angebot seiner Produkte in der Zelle gibt (hauptsächlich NADH+H+ und FADH2).
gehemmt
Wie heißt die folgende chemische Verbindung
Succinyl-Säure
Bernsteinsäure, Butandisäure
Das Anion Succinat ist das Substrat der Succinat-Dehydrogenase, einem
Mitochondrialem Enzym, das sowohl am Citrat-Zyklus als auch an Komplex II der Atmungskette beteiligt ist. Sie katalysiert die Oxidation von Succinat zu Fumarat, wobei das Oxidationsmittel FAD zu FADH2 reduziert wird.
Es entsteht im Citrat-Zyklus auch als Produkt der Succinyl-CoA-Synthetase.
Wie heißt die folgende chemische Verbindung
Fumarsäure
Butendisäure
Das Anion heißt Fumarat und ist ein wichtiges Intermediat verschiedener Stoffwechselwege:
- im Citrat-Zyklus bei der Oxidation von Succinat zu Fumarat durch die Succinat-Dehydrogenase (FAD → FADH2)
- im Harnstoffzyklus bei der Spaltung von Argininosuccinat zu Arginin und Fumarat durch die Argininosuccinat-Lyase (Zytosol)
- bei der De-novo-Synthese von Purinnukleotiden
- dort bei der Synthese von PRPP zu IMP wird Fumarat einmal abgespalten
- dort bei der Synthese von IMP zu AMP: Adenylosuccinat → AMP + Fumarat
- beim hydrolytischen Abbau von Aminosäuren wie Phenylalanin, Tyrosin
- bei der Desaminierung von Asparaginsäure
Welches Enzym katalysiert die Isomerisierung von Citrat zu Isocitrat im Citrat-Zyklus?
Aconitase
Der Name des Enzyms leitet sich vom Zwischenprodukt der Reaktion, dem cis-Aconitat ab.
Gleichgewicht liegt auf Seiten des Citrats, trotzdem läuft die Reaktion vermehrt in Richtung des Isocitrats ab, weil Isocitrat schnell weiterverwertet und deshalb aus dem System entfernt wird.
Wie lautet die Reihenfolge der Hauptprodukte/-substrate im Citrat-Zyklus?
Oxalacetat → Citrat → Isocitrat → α-Ketoglutarat → Succinyl-CoA → Succinat → Fumarat → Malat
Ein Großteil der Energie, die im Citrat-Zyklus und in Abbaureaktionen der Lipide, Kohlenhydrate und Proteine entsteht, wird intrazellulär vorübergehend in Form der Reduktionsäquivalente NADH+H+ und FADH2 gespeichert, die anschließend in der ____________ oxidiert werden, wobei die dabei freiwerdende Energie genutzt wird, um den universalen Energieträger ATP zu synthetisieren.
Atmungskette
Im Komplex I wird NADH+H+ zu NAD+ oxidiert. Dabei werden zwei Protonen (H+) und zwei Elektronen (e-) frei. Die Protonen werden auf das Coenzym FMN übertragen und wieder in die Matrix abgegeben. Die Elektronen binden an Eisen-Schwefel-Cluster (Fe-S) und werden in der Folge auf Ubichinon übertragen.
Komplex II (Succinat-Ubichinon-Oxidoreduktase) verbindet den Citratzyklus mit der Atmungskette. Zu ihm gehört u.a. die Succinat-Dehydrogenase, die Succinat zu Fumarat oxidiert, wodurch 2H+ und 2e- auf das FAD von Komplex II übertragen werden. Die Elektronen werden weitergegeben und die Protonen gelangen zurück in den Matrixraum.
Die Elektronen aus Komplex I und II werden nun auf Ubichinon (Q) übertragen, das im sog. Q-Zyklus zusätzlich 2H+ aus der Mitochondrienmatrix aufnimmt. Die 2H+ werden in den Intermembranraum abgegeben, während die 2e- über Fe-S-Cluster von Komplex III auf Cytochrom c übertragen werden. Cytochrom c diffundiert zum Komplex IV und gibt die 2- dort an ein Kupferzentrum ab. Über verschiedene Zwischenschritte (Häm- und Cu-Zentren) werden die Elektronen schließlich mit 2H+ auf molekularen Sauerstoff übertragen – es entsteht H2O.
Die beim Transport der Elektronen frei werdende Energie wird genutzt, um H+ gegen einen Gradienten von der Mitochondrienmatrix in den Intermembranraum zu pumpen. Komplex I pumpt pro Elektronenpaar 4H+, Komplex III 2H+ und Komplex IV 2H+. Im Komplex III werden zwei weitere H+ von Ubichinol in den Intermembranraum abgegeben. Komplex II hat keine Protonenpumpfunktion.
Die ATP-Synthase (Komplex V) gewinnt aus diesem H+-Gradienten Energie: Durch ihren Protonenkanal fließen die H+ zurück in die Matrix. Die dabei frei werdende Energie wird genutzt, um aus ADP und Pi ATP zu synthetisieren.
Fluss der Elektronen in der Atmungskette:
________ → Komplex I → Komplex III → Komplex IV → Sauerstoff
________ → Komplex II → Komplex III → Komplex IV → Sauerstoff
NADH+H+
FADH2
Die ________ besteht aus zwei Untereinheiten. Die eine bildet einen Protonenkanal durch die innere Mitochondrienmembran, die andere ist für die Synthese von ATP zuständig und hat 3 aktive Zentren.
ATP-Synthase
Die ATP-Synthase sitzt in der inneren Mitochondrienmembran und besteht aus zwei Untereinheiten, die wiederum aus mehreren Untereinheiten aufgebaut sind: Die hydrophobe FO-Untereinheit (bestehend aus a, b und c) sitzt in der Membran und bildet einen Protonenkanal, sie setzt die Protonenbewegung durch die Membran in eine Rotation um, mithilfe derer die ATP-Synthese in Gang gesetzt wird. Die hydrophile F1-Untereinheit (bestehend aus α, β, γ, δ, ε) ragt in die Mitochondrienmatrix hinein, hier wird aus ADP und Pi das ATP synthetisiert. Die OSCP-Untereinheit gehört ebenfalls zum F1-Komplex, sie spielt eine wichtige Rolle bei der Stabilisierung der F1-Untereinheit gegen die Rotation der FO-Untereinheit.
Welche Komponente der Atmungskette wird bei einer Cyanid-Vergiftung primär gehemmt?
Cytochrom-c-Oxidase
Komplex IV
Cyanide (CN-) sind Salze der Blausäure (HCN) und binden an das zentrale Fe3+-Ion der Häm-a3-Gruppe in der Cytochrom-c-Oxidase. Dadurch wird die Elektronenübertragung vom Cytochrom c auf den Sauerstoff (O2) gehemmt. In der Folge kann kein ATP mehr gebildet werden.
Was ist der wichtigste Metabolit und das Hauptabbauprodukt von Serotonin und kann zur Bestimmung des Serotoninspiegels verwendet werden.
5-Hydroxy-indolyl-Essigsäure (5-HIAA / 5-HIES)
Dient auch zum Nachweis eines Karzinoids von enterochromaffinen Zellen (EC-Zellen), welches durch die vermehrte Ausscheidung von 5-HIAA gekennzeichnet ist.
Das ________________ ist ein Carriersystem der inneren Mitochondrienmembran, das insb. zum Transport von Reduktionsäquivalenten in die mitochondriale Matrix dient, sodass die im zytosolischen Stoffwechsel (z.B. in der Glykolyse) auf NAD+ übertragenen Elektronen über die für NADH selber undurchlässige innere Mitochondrienmembran transportiert werden und in der Atmungskette in ATP umgewandelt.
Malat-Aspartat-Shuttle
Das Shuttle-System besteht aus 2 Carrierproteinen sowie 4 Enzymen. Es transportiert nicht NADH/H+ selbst in die mitochondriale Matrix, sondern das während der Glykolyse auf NADH übertragene Elektron:
Im Zytosol wird Oxalacetat über NADH/H+ zu Malat reduziert, welches dann über den α-Ketoglutarat-Malat-Carrier ins Mitochondrium gelangt, wo es durch die mitochondriale Malat-Dehydrogenase zu Oxalacetat reoxidiert wird. Das Elektron kann nun in die Atmungskette einfließen (hier nur durch den Komplex I repräsentiert). Oxalacetat wird anschließend in Aspartat umgewandelt und über den Glutamat/Aspartat-Carrier zurück ins Zytosol transportiert (grüner Kreislauf).
Bei der Umwandlung von Oxalacetat zu Aspartat bildet sich gleichzeitig α-Ketoglutarat aus Glutamat. α-Ketoglutarat wird anschließend ins Zytosol transportiert. Bei der Umwandlung von Aspartat zu Oxalacetat entsteht erneut Glutamat, das zurück ins Mitochondrium transportiert wird (roter Kreislauf).
AST = Aspartat-Aminotransferase
____________ ist das Endprodukt des Hämabbaus und wird aufgrund seiner lipophilen Eigenschaften im Blut an Albumin gebunden transportiert und in der Leber wasserlöslich gemacht (konjugiert), bevor es über die Galle ausgeschieden wird.
Bilirubin
In Hepatozyten wird Bilirubin mit UDP-Glucuronsäure glucuronidiert (mit Zucker konjugiert/verbunden).
Dadurch wird Bilirubin wasserlöslich.
Konjugiertes Bilirubin wird aktiv in die Gallenwege ausgeschieden.
Was sind die beiden Ausgangsstoffe der Hämbiosynthese?
Succinyl-CoA
Glycin
Die Hämsynthese beginnt mit der Kondensation von Succinyl-CoA (aus dem Citratzykus) mit Glycin zu δ-Aminolävulinsäure. Dieser Schritt findet in den Mitochondrien statt und wird durch die δ-Aminolävulinsäure-Synthase (δ-ALA) mit Pyridoxalphosphat (PALP) als Cofaktor katalysiert. Je zwei Moleküle δ-ALA kondensieren im Zytoplasma zu Porphobilinogen und 4 Porphobilinogene kondensieren dann zu einem Enzym-gebundenen linearen Tetrapyrrol. In der anschließenden Zyklisierung entsteht bereits das Porphyrinringsystem. In den Mitochondrien wird durch Modifikation (u.a. Decarboxylierung und Einführung von Doppelbindungen) der Seitenketten Protoporphyrin gebildet. Die Ferrochelatase katalysiert schließlich den Einbau des Eisen-Ions, so dass fertiges Häm entsteht.
