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Einfacher Guide: Citratzyklus und Oxidative Decarboxylierung

Name: Knowunity
Brand: Knowunity

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Einfacher Guide: Citratzyklus und Oxidative Decarboxylierung

marie🫧

@marie.ekr

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Der Stoffwechsel und die Rolle von Enzymen sind zentrale Themen in der Biochemie. Enzyme sind Proteine, die biochemische Reaktionen katalysieren und den Stoffwechsel regulieren. Sie besitzen ein aktives Zentrum, an dem Substrate binden und umgesetzt werden. Die Regulation der Enzymaktivität erfolgt durch verschiedene Mechanismen wie Aktivierung, Hemmung und Feedback-Kontrolle. Wichtige Prozesse wie die Glykolyse, die oxidative Decarboxylierung und der Citratzyklus werden durch Enzyme gesteuert und sind essentiell für die Energiegewinnung in Zellen. Die oxidative Phosphorylierung in den Mitochondrien stellt den Hauptweg der ATP-Produktion dar.

19.11.2023

4743

STOFFWECHSEL
Enzyme : Bau & Eigenschaften
-Enzyme sind Molekule, die stoffwechselvorgänge im Körper katalysieren.
warend sie im organismus d

Aufbau der ATP-Synthase

Die ATP-Synthase ist ein komplexes Enzym, das in der inneren Mitochondrienmembran lokalisiert ist. Es besteht aus zwei Hauptkomponenten:

F₀-Komponente:
- Hydrophobe Peptide
- In der Membran eingebettet
- Durchlässig für Wasserstoffionen (Protonen)
- Durch Protonenbewegung drehbar
F₁-Komponente:
- Hydrophile Bestandteile
- Außerhalb der Membran
- Enthält drei aktive Zentren zur ATP-Bildung
- Besitzt einen drehbaren Stiel in der Mitte

Funktionsweise:

Protonen strömen durch F₀ und treiben die Rotation an
Die Rotation überträgt sich auf F₁
In F₁ werden ADP und Phosphat zu ATP verbunden

Vocabulary: Ein integrales Protein ist ein Protein, das die Membran ganz durchdringt.

Highlight: Die ATP-Synthase ist ein beeindruckendes Beispiel für ein molekulares Rotationsenzym, das die Energie des Protonengradienten in chemische Energie (ATP) umwandelt.

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Unterschiedliche Arten der Enzymhemmung

Es gibt verschiedene Mechanismen, wie Enzyme in ihrer Aktivität gehemmt werden können. Diese lassen sich in zwei Hauptkategorien einteilen:

Irreversible Hemmung:
- Nicht rückgängig zu machen
- Hemmstoff bindet fest ans aktive Zentrum
- Keine Produkte mehr möglich
Reversible Hemmung:
- Rückgängig zu machen
- Hemmstoff bindet nicht fest ans aktive Zentrum

Die reversible Hemmung kann weiter unterteilt werden in:

a) Kompetitive Hemmung:

Hemmstoff konkurriert mit Substrat um aktives Zentrum
Ähnliche Struktur von Hemmstoff und Substrat
Bei Substraterhöhung kann Hemmung verhindert werden

b) Allosterische Hemmung:

Hemmstoff bindet an anderes Zentrum (allosterisches Zentrum)
Verändert die Form des aktiven Zentrums
Substrat kann nicht mehr binden

c) Unkompetitive Hemmung:

Hemmstoff bindet an Enzym-Substrat-Komplex
Substrat wird aus aktivem Zentrum verdrängt

Highlight: Die Regulation der Enzymaktivität durch verschiedene Hemmmechanismen ist ein wichtiger Kontrollmechanismus im Stoffwechsel.

Vocabulary: Allosterische Enzyme sind Enzyme, deren Aktivität durch die Bindung von Regulatormolekülen an eine vom aktiven Zentrum verschiedene Stelle beeinflusst wird.

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Das Coenzym NAD+

NAD+ (Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid) ist ein wichtiges Coenzym im Stoffwechsel:

Fungiert als Transportmittel für Elektronen und Wasserstoffprotonen
Kann zwischen oxidierter (NAD+) und reduzierter (NADH+H+) Form wechseln
Kleines, bewegliches Molekül, das durch die Zelle diffundieren kann

Die Rolle von NAD+ im Energiestoffwechsel:

Nimmt Elektronen bei Oxidationsreaktionen auf (z.B. Glykolyse)
Gibt Elektronen bei Reduktionsreaktionen ab (z.B. Atmungskette)
Wichtig für die ATP-Produktion in den Mitochondrien

Die ATP-Synthase:

Protein in der inneren Mitochondrienmembran
Synthetisiert ATP aus ADP und Phosphat
Nutzt den Protonengradienten zur ATP-Produktion
Form der Substratkettenphosphorylierung

Definition: Die oxidative Phosphorylierung ist der Prozess der ATP-Bildung in den Mitochondrien unter Nutzung des Protonengradienten.

Highlight: NAD+ spielt eine zentrale Rolle im Energiestoffwechsel und verbindet verschiedene Stoffwechselwege wie Glykolyse, Citratzyklus und Atmungskette.

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Enzymregulation und -hemmung

Die Regulation der Enzymaktivität ist ein wichtiger Mechanismus zur Steuerung des Stoffwechsels. Enzyme können durch verschiedene Moleküle reguliert werden:

Aktivatoren erhöhen die Enzymaktivität
Inhibitoren reduzieren die Enzymaktivität

Eine wichtige Form der Enzymregulation ist die Feedbackhemmung, auch Endprodukthemmung genannt:

Das Endprodukt einer Reaktionskette wirkt als Hemmstoff für ein früheres Enzym
Verhindert die Überproduktion von Zwischenprodukten und Endprodukten
Energetisch effizient für die Zelle

Der Prozess der Feedbackhemmung läuft wie folgt ab:

Ein Multienzymkomplex wird durchlaufen
Das Endprodukt bindet an das allosterische Zentrum des ersten Enzyms (Schrittmacherenzym)
Die Bindung des Substrats wird verhindert
Keine weiteren Zwischenprodukte werden hergestellt
Bei Verbrauch der Endprodukte löst sich die Hemmung

Vocabulary: Allosterische Regulation bezeichnet die Steuerung der Enzymaktivität durch Bindung von Molekülen an eine vom aktiven Zentrum verschiedene Stelle.

Example: In der Glykolyse hemmt ein Überschuss an ATP die Phosphofruktokinase und reguliert so den Abbau von Glucose.

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Glykolyse

Die Glykolyse ist ein zentraler Stoffwechselweg zur Energiegewinnung aus Glucose. Wichtige Merkmale sind:

Findet im Cytoplasma statt (bei Pflanzenzellen auch in Chloroplasten)
Benötigt keinen Sauerstoff (anaerober Prozess)
Glucose wird in 10 Schritten zu Pyruvat umgewandelt

Ablauf der Glykolyse:

Vorbereitungsphase ("Investitionsphase"):
- Glucose wird phosphoryliert (verbraucht 1 ATP)
- Glucose-6-phosphat wird zu Fructose-6-phosphat umgewandelt
Gewinnphase:
- Spaltung in zwei C3-Moleküle
- Bildung von Pyruvat
- Gewinnung von ATP und NADH+H+

Bilanz der Glykolyse:

Aus 1 Glucose entstehen 2 Pyruvat
Netto-Gewinn: 2 ATP und 2 NADH+H+

Weiterer Weg des Pyruvats:

Aerob: Transport in Mitochondrien für Citratzyklus und Atmungskette
Anaerob: Gärung (z.B. Milchsäuregärung oder alkoholische Gärung)

Highlight: Die Glykolyse ist ein universeller Stoffwechselweg, der in fast allen Organismen vorkommt und die Grundlage für weitere energieliefernde Prozesse bildet.

Vocabulary: Stoffwechselregulation auf Enzymebene bezeichnet die Steuerung metabolischer Prozesse durch Beeinflussung der Enzymaktivität, wie es bei der Glykolyse der Fall ist.

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Enzyme: Bau und Eigenschaften

Enzyme spielen eine zentrale Rolle im Stoffwechsel von Organismen. Sie sind Proteinmoleküle, die biochemische Reaktionen katalysieren, ohne sich dabei selbst zu verändern.

Die wichtigsten Eigenschaften von Enzymen sind:

Sie ermöglichen und beschleunigen biochemische Reaktionen im Körper
Viele Enzyme sind substratspezifisch und binden nur bestimmte Moleküle
Ihre Wirkung entfalten sie oft erst durch Aktivierung mit Cofaktoren
Sie senken die notwendige Aktivierungsenergie für Reaktionen

Der Aufbau von Enzymen lässt sich wie folgt beschreiben:

Sie bestehen aus Proteinen (Apoenzym)
Besitzen ein aktives Zentrum als Bindungsstelle für Substrate
Funktionieren nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip

Definition: Katalysieren bedeutet die Beschleunigung, Verlangsamung oder Auslösung einer chemischen Stoffumsetzung.

Highlight: Enzyme sind hochspezifische biologische Katalysatoren, die den Stoffwechsel steuern und lebenswichtige Prozesse ermöglichen.

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Die ATP-Synthase ist ein komplexes Enzym, das in der inneren Mitochondrienmembran lokalisiert ist. Es besteht aus zwei Hauptkomponenten:

F₀-Komponente:
- Hydrophobe Peptide
- In der Membran eingebettet
- Durchlässig für Wasserstoffionen (Protonen)
- Durch Protonenbewegung drehbar
F₁-Komponente:
- Hydrophile Bestandteile
- Außerhalb der Membran
- Enthält drei aktive Zentren zur ATP-Bildung
- Besitzt einen drehbaren Stiel in der Mitte

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Protonen strömen durch F₀ und treiben die Rotation an
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Es gibt verschiedene Mechanismen, wie Enzyme in ihrer Aktivität gehemmt werden können. Diese lassen sich in zwei Hauptkategorien einteilen:

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- Nicht rückgängig zu machen
- Hemmstoff bindet fest ans aktive Zentrum
- Keine Produkte mehr möglich
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Die Rolle von NAD+ im Energiestoffwechsel:

Nimmt Elektronen bei Oxidationsreaktionen auf (z.B. Glykolyse)
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Enzymregulation und -hemmung

Die Regulation der Enzymaktivität ist ein wichtiger Mechanismus zur Steuerung des Stoffwechsels. Enzyme können durch verschiedene Moleküle reguliert werden:

Aktivatoren erhöhen die Enzymaktivität
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Eine wichtige Form der Enzymregulation ist die Feedbackhemmung, auch Endprodukthemmung genannt:

Das Endprodukt einer Reaktionskette wirkt als Hemmstoff für ein früheres Enzym
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Der Prozess der Feedbackhemmung läuft wie folgt ab:

Ein Multienzymkomplex wird durchlaufen
Das Endprodukt bindet an das allosterische Zentrum des ersten Enzyms (Schrittmacherenzym)
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Glykolyse

Die Glykolyse ist ein zentraler Stoffwechselweg zur Energiegewinnung aus Glucose. Wichtige Merkmale sind:

Findet im Cytoplasma statt (bei Pflanzenzellen auch in Chloroplasten)
Benötigt keinen Sauerstoff (anaerober Prozess)
Glucose wird in 10 Schritten zu Pyruvat umgewandelt

Ablauf der Glykolyse:

Vorbereitungsphase ("Investitionsphase"):
- Glucose wird phosphoryliert (verbraucht 1 ATP)
- Glucose-6-phosphat wird zu Fructose-6-phosphat umgewandelt
Gewinnphase:
- Spaltung in zwei C3-Moleküle
- Bildung von Pyruvat
- Gewinnung von ATP und NADH+H+

Bilanz der Glykolyse:

Aus 1 Glucose entstehen 2 Pyruvat
Netto-Gewinn: 2 ATP und 2 NADH+H+

Weiterer Weg des Pyruvats:

Aerob: Transport in Mitochondrien für Citratzyklus und Atmungskette
Anaerob: Gärung (z.B. Milchsäuregärung oder alkoholische Gärung)

Highlight: Die Glykolyse ist ein universeller Stoffwechselweg, der in fast allen Organismen vorkommt und die Grundlage für weitere energieliefernde Prozesse bildet.

Vocabulary: Stoffwechselregulation auf Enzymebene bezeichnet die Steuerung metabolischer Prozesse durch Beeinflussung der Enzymaktivität, wie es bei der Glykolyse der Fall ist.

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Enzyme spielen eine zentrale Rolle im Stoffwechsel von Organismen. Sie sind Proteinmoleküle, die biochemische Reaktionen katalysieren, ohne sich dabei selbst zu verändern.

Die wichtigsten Eigenschaften von Enzymen sind: