Funktion und Aufbau der PDH Funktion: setzt Pyruvat zu Acetyl-CoA um Aufbau: -> Enzymkomplex im Mitochondrium - PDH (E1)     -> Thiaminpyrophosphat (Vit B1) - Dihydroliponamid-Acetyltransferase (E2)    -> Liponsäure(-amid)    -> Coenzym A - Dihydroliponamid-DH (E3)    -> FAD    -> NAD+ außerdem: - regulatorische Kinase-Untereinheit - regulatorische Phosphatase-Untereinheit PDH-Reaktion Schritt 1: - Thiazolring des TPP gibt leicht Proton ab, reaktives Carbanion entsteht -> kräftiger Elektronenzug auf Carboxylgruppe -> CO2 und 2 e- spalten sich ab Schritt 2: - akt. Acetaldehyd wird von TPP auf Liponamid übertragen (E2)  -> Disulfidbrücke des Liponamids öffnet sich  -> Acetaldehyd an ein S,  -> 2. S nimmt mit Proton die zwei e- auf, die sich mit CO2 abgespalten haben ! Acetaldehyd zu Acetylgruppe oxidiert ! Schritt 3: - Liponamid überträgt Acetylgruppe auf CoA ! Dihydroxyliponamid-Acetyltransferase (E2) bildet also Acetyl-CoA Schritt 4: - reduziertes Liponamid muss wieder regeneriert werden  -> Liponamid schwenkt zu Dihydroliponamid-Dehydrogenase (E3) -> beide SH-Gruppen durch prosthetisches FAD oxidiert -> FADH2 gibt e- an NAD+ weiter Insgesamt: Pyruvat + CoA + NAD+ -> Acetyl-CoA + CO2 + NADH+H+ Regulation der PDH -> PDH phosphoryliert INAKTIV (an Serinrest E1) -> cAMP kann Mitomembran nicht passieren PDH-Kinase: +: Acetyl-CoA, NADH (-> Phosphorylierung!) -: Pyruvat, ADP, Ca PDH-Phosphatase: +: Ca, Mg PDH: -: Acetyl-CoA, NADH (klass. Produkthemmung)
Citratzyklus Schritt 1: - OH und COO- des zentralen C-Atoms haben 2 Möglichkeiten der räumlichen Anordnung, Enzyme erkennen dies und es werden immer CO2's des ursprünglichen Oxalacetats abgespalten, NICHT die von Acetyl-CoA!! - Citrat = Anion der Zitronensäure Schritt 2: - Citrat hat keine HO-C-H- und keine -CH2-CH2-Gruppe    -> kein Substrat für NAD+- oder FAD-abhängige Dehydrogenasen! Schritt 3: - Isocitrat-DH katalysiert nur Oxidation, Decarboxylierung spontan! Schritt 4: - Succinyl-CoA + Glycin = δ-Aminolävulinsäure    -> 1. Metabolit der Hämsynthese    -> Porphyrin-Synthese MERKE! - CO2 und NADH entstehen im CC bei    - Isocitrat-DH    - a-Ketoglutarat-DH außerdem bei PDH -> dieses CO2 bildet den Großteil des gesamten abgeatmeten CO2 Schritt 5: - Energie zur GTP-Synthese aus Spaltung der Thioesterbindung Schritt 6: - Zusammenhang Atmungskette! Schritt 7+8: Enzyme: Fumarathydratase und Malat-DH - Fumarat als Substrat für DH ungeeignet    -> F. + Wasser = Malat    -> Malat hat HO-C-H-Gruppe Reaktionsgleichung Citratzyklus: Acetyl-CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + 2H2O + Pi -> 2CO2 + CoA + 3 NADH + FADH2 + GTP Energieausbeute: 3 NADH - 7,5 ATP 1 FADH2 - 1,5 ATP 1 GTP - 1 ATP -> 10 ATP Regulation: Elektronentransportierende Coenzyme der Atmungskette Atmungskette Komplex I - NADH-Ubichinon-Oxidoreduktase: - Reduktion von Ubichinon löst Konformationsänderung aus (durch helikales Transmissionselement) -> 4 H+ transportiert Komplex II - Succinat-DH, Succinat-Ubichinon-Oxidoreduktase - komp. Hemmung durch Malonat (klassisch) Komplex III und Q-Zyklus - Cytochrom-bc1- Komplex, Ubichinol-Cytochrom-c-Oxidoreduktase - 11 Untereinheiten, u.a.  - Cytochrom b (2 Häm gebunden)  - Cytochrom c1 (1 Häm gebunden)  - Rieske-Eisen-Schwefel-Protein (mit Fe-S-Zentrum Typ 2F/2S) Ablauf: - wenn Ubichinon 2 e- aufnimmt, erhält es gleichzeitig 2 Protonen (aus Matrixwasser) - Ubichinol wandert dann zu Bindestelle an KIII  -> AUSSENseite der Innenmenbran (zum IMR gerichtet)  -> 2e- an KIII, 2H+ an IMR - je 1 e- über 2Fe/2S zu Cytochrom c, - jedes 2. e- innerhalb KIII übber Häm bL und Häm bH zu 2. Ubichinon-Bindestelle (INNENseite der Innenmenbran - zur Matrix gerichtet) an der außerhalb KIII ein Ubichinon liegt - dieses nimmt 2 e- und 2 H+ (aus Matrix) auf, geht zu 1. Bindestelle usw. -> Q-Zyklus erlaubt Export von 4 H+ pro 2 e- Komplex IV - Cytochrom-c-Oxidase - durch e-Übertragung auf O2 entsteht Energie -> 2 H+ rausgepumpt Aufbau:  - CuA-Zentrum (2 Cu-Ionen)  - Häm-a-Gruppe (Cytochrom a)  - Häm- a3-Gruppe (Cytochrom a3)  - CuB-Zentrum (1 Cu-Ion) Ablauf: - je 1e- von Cyt c auf CuA-Zentrum, -> Cyt a -> Cyt a3 -> Fe von Cyt a3 nimmt wohl mehrere e- gleichzeitig auf und gibt diese dann zusammen an fest gebundenes O2 ab (zeitweise Fe4+, O2 von anderer Seite an CuB fixiert) -> 2 Protonen aus Matrix für 1/2 O2 verbraucht, gleichzeitig 2 exportiert Ubichinon - Isoprenoid (besteht aus 10 Isopreneinheiten + Benzochinongruppe) Ubichinon      + 1 e- + H+ -> Semichinon      + 1 e- + 1 H+ -> Ubichinol (QH2) sammelt e- von: - K I - K II- ETF-Ubichinon-Oxidoreduktase (aus β-Oxidation via FADH2) - Glyc-3-Ph-DH (aus Glykolyse via NADH2) Wie gelangt NADH aus Glykolyse in das Mitochondrium? 1) Malat-Aspartat-Shuttle 2) Glycerophosphat-Shuttle NADH gibt e- an Dihydroxyacetonphosphat ab -> α-Glycerophosphat dieses gibt e- an Glycerophosphatoxidase (GPOX) ab -> Bildung von enzymgebundenem FADH2 dieses gibt e- dann an Ubichinon ab Citratzyklus - Funktion, Lokalisation und Reaktionsgleichung Umwandlung von Acetyl-CoA (aus ox. Decarboxylierung, β-Oxidation, Aminoabbau) in CO2 Frei werdende Energie in Form von NADH und FADH2 fixiert und dann zur Atmungskette für ATP-Synthese alle Enzyme im Mitochondrium Reaktionsgleichung: Acetyl-CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + 2H2O + P -> 2 CO2 + CoA + 3NADH + FADH2 + GTP Energiebilanz von Pyruvat zu CO2 Pyruvat + 4 NAD+ + FAD + GDP + 2H2O + Pi -> 3 CO2 + 4 NADH + FADH2 + GTP Hemmstoffe Atmungskette Rotier mal gegen den Kreis aus Oliven: Rotenon (u. Barbiturate) hemmt Komplex I Malonat hemmt Komplex II Antimycin hemmt Komplex III Kohlenmonoxid hemmt Komplex IV Aurovertin hemmt Komplex V Oligomycin hemmt ebenfalls Komplex V