Glykolyse-Regulation

Pyruvatkinase-Regulation

Pyruvatkinase wird durch ATP und Alanin gehemmt, durch Fruktose-1,6-Bisphosphat hingegen aktiviert

Möglichkeiten der Stoffwechselregulation

Allosterische Regulation, Interkonvertierung (über Hormone) und Induktion bzw. Repression (über Hormone)

Funktion des Malat-Shuttle

An der Außenseite der inneren Mitochondrienmembran (Cytosol) wird Oxalacetat durch NADH/H+ zu Malat reduziert (über 2 Elektronen und 2 Protonen), Malat kann nun in die Matrix transportiert werden und dort wird dieses Malat wieder zu Oxalacetat durch Bildung von NADH/H+ oxidiert.

Citrat-Verwendung und Einfluss

Citrat wird zum Teil aus Pyruvat gebildet, liegt mehr Citrat vor als für Biosynthesen verwendet werden kann, hemmt Citrat die Glykolyse

Glukagon-Funktion

Glukagon erhöht den cAMP-Spiegel in der Leber, durch dieses cAMP werden die interkonvertierbaren Enzyme der Glykolyse (PFK-2, Pyruvatkinase) phosphoryliert und damit gehemmt

Glukokinase-Regulation

Glukokinase wird nicht über Eigenprodukthemmung reguliert

Hexokinase-Regulation

Hexokinase wird über Eigenprodukthemmung reguliert, über allosterische Rückkopplung wird das Enzym bei Überschuss an Glukose-6-Phosphat gehemmt und dadurch auch der Glukose-Einstrom in die Zelle

Aufgaben dieser allosterischen Regulation

Homöostase innerhalb der Zelle (es wird nur so viel produziert, wie auch benötigt wird), Schutzfunktion (sie arbeitet nur in einem Rahmen, bei dem sie überleben kann, auch wenn der restliche Körper mehr fordert -> Leberzelle produziert nur Glukose, wenn sie selber genug Energie zu Verfügung stehen hat)

intrazellulärer Botenstoff des Energiestoffwechsels

Hormone binden an passende Rezeporen an der Zellmembran, diese geben oft einen zweiten, intrazellulären Botenstoff frei, beim Energiestoffwechsel handelt es sich meistens um cAMP (zyklisches Adenosinmonophosphat)

Insulin-Funktion

Insulin senkt den cAMP-Spiegel in der Leber, Muskel und Fettzellen. Die interkonvertierbaren Enzyme der Glykolyse werden dephosphoryliert und damt aktiviert, Ausnahme besteht im Muskel -> hier wird die Glykolyse verlangsamt

Grundregel der allosterischen Regulation in der Glykolyse

Stoffe die eine gute Energieversorgung der Zelle anzeigen (z.B.:ATP oder NADH/H+), wirken als Hemmstoffe; Stoffe die einen Energiebedarf anzeigen (z.B.: ADP oder AMP), wirken als Aktivatoren

Sinn der Fruktose-1,6-Bisphosphat Aktivierung

dadurch kann ein Stau in der Glykolyse verhindert werden, denn durch Beschleunigung des letzten Glykolyseschrittes werden auch alle anderen Zwischenprodukte schneller umgesetzt

Regulationsmöglichkeiten des Organismus

der Körper steuert den Stoffwechsel über Hormone, die über das Blut zu allen Organen gelangen, aber nur Organe, die einen passenden Rezeptor haben, können damit was anfangen.

Unterschied zwischen allosterischer und hormoneller Regulation

die allosterische Regulation wirkt regional und zielt vor allem auf die Geschwindigkeit ab, die hormonelle Regulation wirkt überregional und zielt auf die Aktivität überhaupt ab

Schrittmacherreaktion bei mehreren Schlüsselreaktionen

die langsamste Schlüsselreaktion ist die geschwindigkeitbestimmende Reaktion und damit die wichtigste Kontrollstelle

enzymbegrenzte Reaktion

durch niedrige KM-Werte ist die Geschwindigkeit nicht von der Substratkonzentration abhängig, sondern von der Enzymaktivität

Grundregel im Kata- bzw. Anabolismus

eine Phosphorylierung von nahezu allen Katabolismus-Enzymen wirkt auf diese aktivierend und bei Anabolismus-Enzymen inaktivierend, für die Dephosphorylierung genau umgekehrt

Rolle von cAMP

es ist ein allosterischer Aktivator des Enzyms Proteinkinase A, welches spezifische Enzyme phosphoryliert und damit eine Interkonvertierung hervorruft.

Interkonvertierung-Definition

findet statt, wenn durch kovalentes Anhängen oder Abspalten von einer Phosphoryl- oder Acetylgruppe ein Enzym vollständig an- oder ausgeschaltet wird.

Glukagon-Aufgabe & Eigenschaften

führt zur Anhebung des Blutglukosespiegels, indem es praktisch nur auf die Leber wirkt

Insulin-Aufgabe & Eigenschaften

führt zur Senkung des Blutglukosespiegels, indem es auf viele Zielorgane wirkt

NADH/H+ Mitochondrienmembran

für die Atmungskette muss der Wasserstoff von NADH/H+ in die Mitochondrienmatrix transportiert werden, die äußere Membran stellt kein Hindernis dar, aber die Innere kann nicht überwunden werden.

Allosterische Regulation der Glykolyse-Beschreibung

hormonunabhhängige, intrazelluläre Regulation durch Aktivierung oder Hemmung der Schlüsselenzyme

Alanin-Eigenschaften

ist wie Citrat ein Zeichen für genügend vorhandene Bausteine, in Hungerzeiten kommt viel Alanin aus den Muskeln in die Leber für die Glukoneogenese

Regulationsmöglichkeiten einer einzelnen Zelle

jede Zelle kann über die allosterische Regulation zu einem gewissen Umfang ihre Stoffwechselwege unabhänig vom restlichen Körper regulieren

Fruktose-2,6-Bisphosphat-Regulator von PFK-1

kommt nur in der Leber und in der Muskulatur vor, es ist ein starker allosterischer Aktivator der PFK-1 (Phosphofruktokinase)-> beschleunigt die Gylkolyse

Ziel der Regulation der Glykolyse

optimale, organabhängie Geschwindikeit für Energiegewinnung und Lieferung von Bausteinen für die Biosynthese über die Schlüsselenzyme

Eigenschaft dieser kovalenten Modifikationen

sie sind alle reversibel

Fruktose-2,6-Bisphosphatase Funktion

spaltet das Phosphat am C2-Atom ab und stellt wieder Fruktose-6-Phosphat her

Eigenschaften der Schlüsselreaktionen

stark exergon und damit irreversibel, eher langsam durch niedrigere Enzymaktivität, durch diese Geschwindigkeitsdrosselung fungieren sie als Kontrollstellen.

Phosphofruktokinase-2 Funktion

stellt aus Fruktose-6-Phosphat parallel zur PFK-1 Fruktose-2,6-Bisphosphat her

Regulationsmöglichkeiten der Organe

verschiedene Organe haben zum Teil unterschiedliche Regulationsarten wegen den verschiedenen Aufgaben (z.B.: Leber)

hoher cAMP-Spiegel in der Zelle bezogen auf den Energiestoffwechsel

zeigt einen niedrigen Glukosespiegel an, weil die dadurch verursachte Phosphorylierung der interkonvertierbaren Enzyme ein Hungesignal des Organismus ist

Transport von Wasserstoff ins Mitochondrium

über das Malat-Shuttle

Fruktose-2,6-Bisphosphat-Auf- und Abbau

über ein bifunktionales Enzym, das aus PFK-2 (Phosphofruktokinase-2) und Fruktose-2,6-Bisphosphatase besteht