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
