Lernpaket 2

• 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

• 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⁺

• -> 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)
• 
  

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 + P_i
• -> 2CO₂ + CoA + 3 NADH + FADH₂ + GTP

Energieausbeute:

• 3 NADH - 7,5 ATP
• 1 FADH₂ - 1,5 ATP
• 1 GTP - 1 ATP
• -> 10 ATP

Regulation:

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 b_L und Häm b_H 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:
•  - Cu_A-Zentrum (2 Cu-Ionen)
•  - Häm-a-Gruppe (Cytochrom a)
•  - Häm- a₃-Gruppe (Cytochrom a₃)
•  - Cu_B-Zentrum (1 Cu-Ion)

Ablauf:

• - je 1e^- von Cyt c auf Cu_A-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 Cu_B fixiert)
• -> 2 Protonen aus Matrix für 1/2 O₂ verbraucht, gleichzeitig 2 exportiert

- 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)

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

• 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

• Pyruvat + 4 NAD⁺ + FAD + GDP + 2H₂O + P_i
• -> 3 CO₂ + 4 NADH + FADH₂ + GTP

• 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