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