C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O DG0 -2872 kJ - zool33.uni-graz.atzool33.uni-graz.at/lernen/courses/636028/document/01_Folien/Pharmazie15.pdf · 10 Einzelschritte Aus Glucose (6C) entstehen

C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O

DG0 -2872 kJ

Stärkehydrolyse: Amylasen; beim Menschen im Speichel (Ptyalin, a-Amylase) und vom Pankreas (2 a-Amylasen)

Endo- (a-Amylase) und Exoamylasen (b-Amylase, spaltet Maltose vom nichtreduzierenden Ende; nur Pflanzen); R-Enzym (a 1-6 Verzweigungen); a-Glucosidase (Maltase)

1. Glukoseaktivierung

2. Glykolyse

3. Oxydative Decarboxylierung

4. Citronensäure Zyklus

5. Endoxidation

Plasma

Mitochondrium

10 Einzelschritte

Aus Glucose (6C) entstehen 2 Pyruvatmoleküle (3C)

Neben dem für das Freiwerden von Energie wichtigen Adenosintriphosphat (ATP) werden auch zwei Moleküle NADH erzeugt.

O

OH

H

H

H

H

OH

OH

CH2

HOH

OH2O3P

ATP

ADP

O

OH

OH

H

H

CH2

H

OH

O PO3H2

CH2OH2O3P

C

CH2

O

O PO3H2

CH2

CH2 O PO3H2

C

C

O H

OHH Fructose-1,6-bisphosphat

Fructose-6-phosphatGlucose-6-phosphat

Dihydroxyacetonphosphat

Glycerinaldehyd-3-phosphat

CH2OH2O3P CH2OHO

OH

OH

H

H

H

OH

NAD+

NADH + H+

ADP

ATP

CH2 O PO3H2

C

C

O OH

OHH

CH2 OH

C

C

O H

OH PO3H2

CH2

C

C

O H

O PO3H2

CH2

C

C

O H

OH

CH2

C

C

O OH

O

Brenztraubensäure Brenztraubensäure(Ketoform) (Enolform)

ATP ADP

Phosphorenol-brenztraubensäure

-H2O

2-Phosphorglycerinsäure3-Phosphorglycerinsäure

Brenztraubensäure (Pyruvat)

Dehydrierung unter Abspaltung von CO2

NADH+H+ entsteht

Acetylrest wird an CoA gebunden, Acetyl-CoA entsteht

Multienzymkomplex (Pyruvatdehydrogenase)

Acetylrest Oxalacetat

Krebs-Martius-Zyklus

2 CO2 werden abgespalten

NADH+H+ und FADH2 entstehen

GTP

Spezialfall einer Elektronentransportkette

Bildet zusammen mit der Chemiosmosis den Prozess der oxidativen Phosphorylierung

Die exergonische Verbindung von Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (½ O2) zu Wasser wird in Einzelschritte aufgeteilt

Anstelle einer explosionsartigen Wärme-entwicklung wird die freiwerdende Energie dazu genutzt, aus ADP und Phosphat ATP, zu synthetisieren (oxidative Phosphorylierung)

Kompartierung: Membran muss für Protonen impermeabel sein

Assymetrie: im Inneren des Kompartiments andere Strukturen als außen

Vektoriell: Elektronentransport von innen nach außen und ein Protonentransport in umgekehrter Richtung

Passagen: über diese fließen die Protonen von innen nach außen

Film

Ältere Bedeutung: Stoffliche Veränderung biotischer Stoffe (durch Lebewesen gebildete Stoffe), die mit erkennbaren Veränderungen der Stoffe, aber ohne Entstehung von Fäulnisgerüchen einhergehen, und die auch mit (oder nur ohne) Zutritt von Luft ablaufen.

Neuere Bedeutungen: Mikrobieller Abbau organischer Stoffe zum Zweck der Energiegewinnung ohne Einbeziehung externer Elektronenakzeptoren wie beispielsweise Sauerstoff (Dioxygen O2) oder Nitrat (NO3

−)

Endprodukte, die noch energetisch verwertbar sind, entstehen

H, der bei Oxidation des Atmungssubstrates abgespalten wird, kann auch auf andere Substrate übertragen werden

Nach Endprodukt benannt: z.B. alkoholische, Milchsäure, Essigsäure Gärung

Aerob - anaerob

Läuft bis zum Pyruvat (Brenztraubensäure) mit der Glykolyse parallel

2 Moleküle ATP werden gebildet

C6H12O6 2CO2 + 2 C2H5OH

DG0 = -234 kJ

Hefe: fakultativer Anaerobier

GlucoseGlykolyse

Brenztraubensäure(Pyruvat)

H3C C CO

OHH3C C

O

H

NADH + H+NAD+

H3C CH2 OH

Acetaldehyd Ethanol

CO2

Essigsäuregärung (aerob)

DG0 = -754 kJ

H3C C OH

H

H

NAD+

NADH+H+

H3C CO

HH3C C OH

OH

H

NADH+H+

NAD+

H3C C

O

OH

Ethanol Acetaldehyd AldehydhydratEssigsäure

+ H2O

Bis zum Pyruvat mit der Glykolyse parallel

Keine Gasentwicklung (keine Decarboxylierung!)

C6H12O6 2 CH3-CHOH-COOH

DG0 = -197 kJ

H3C C COOH

ONADH+H+ NAD+

H3C CH COOH

OH

Hexosen (vorläufiges Endprodukt); kondensieren zu Stärke

Abtransport in der Nacht (Stärke in Triosephophat); im Plasma: Saccharosebildung

Speicherorgane: Kohlenhydrate, Fette

Neutralfette

Fettsäuresynthetase; Multienzymkomplex; in verschiedenen Organismen, aber auch Kompartimenten unterschiedlich

De-novo-Synthese aus C2-Bausteinen

Acetyl-Coenzym A als C2-Überträger

Auch CoA-S-H

Gruppenübertragendes Coenzym z.B.: Acetylrest oder Fettsäurereste verschiedener Länge

Bindung an CoA energiereich

3 Komponenten: Adenosin-3´, 5´-diphosphat, Pantothensäure, Thioethanolamin (= Cysteamin)

Pan

thoth

ensä

ure

Thioethanolamin

NN

N

N

NH2

H H

OHO

H H

OCH2

P OHO

OH

OPOPH2C

CH3 CH3

OH

O

OC

C

C

C

O

NH

RSCH2CH2NH

CH2

CH2

C

O O

OH OH

R = H

C

O

H

Acetyl-CoA

R = C

O

CH2 C

O

H

R = C

O

CH2 R

Malonyl-CoA

Acyl-CoA

CoA

R =

Während der Synthese bleibt die wachsende Fettsäure kovalent an den Fettsäure-synthetasekomplex gebunden

Bei Pflanzen im Chloroplasten

Startreaktion: Acetyl-CoA gibt Acetyl an den Multienzymkomplex

Kettenverlängerung (jeweils 2C)

Abschlussreaktion

Bildung und Veresterung des Glycerins

Glycerin-3~P entsteht durch Reduktion des Triose-3~P

2 an CoA gebundene Fettsäurereste reagieren mit den freien OH-Gruppen

Oleosomen: Glycerin + Fettsäure (Lipasen)

b-Oxidation Verkürzung um jeweils 2C

Formal Umkehrung der Synthese, aber andere Enzyme

In Mitochondrien (Pflanzen selten), meist in Glyoxysomen

Glyoxylsäurezyklus: Weiterverarbeitung des Acyl-Restes

Gluconeogenese

Glykoside

Terpene

Gerbstoffe

Alkaloide

Verbindungen von Zuckern mit anderen Molekülen

Sehr heterogen

Beispiele:

Amygdalin

Strophantin - Digitalis-Glykoside

Saponine

Anthocyane und Flavone(=Anthoxanthine)

O

CH2

OHO OH

CH2OH

HO O

HO

HO OHO

CHCN

Amygdalin

O+

HOA

BHO

OH

OH

R1

R2

R3

HO

Anthocyanidin

O

Flavan

Leiten sich vom Isopren, C5H8 ab

Ganzzahliges Vielfaches von 5 (C-Atome) Hemiterpene (C5)

Monoterpene (C10)

Sesquiterpene (C15)

Diterpene (C20) (Phytol, Gibberelline)

Triterpene (C30) (Steroide)

Tetraterpene (C40) (Carotinoide)

Polyterpene (Kautschuk)

H2C

C

CH3

CH CH2

CH2R

C

CH3

C

H

CH2 CH2

C

CH3

C

H

CH2 CH2

C

CH3

C

H

CH2 R

Ausschnitt aus einem Kautschukmolekül

Isopren

CH3

CH

CH2

CH

H2C

CH3 CH3

H2CCH

OH

Menthol

Terpenoide (meist Mono- und Sesquiterpene), oder Phenole

In Drüsenepithelien oder -zellen; Ölvakuolen; Ausscheidung unter die Cuticula

Lockstoffe (Orchideen, Seidenraupen, Pheromone - Borkenkäfer, Pyrethrine -Chrysanthemum)

Einfache Phenole Hydrochinon, Arbutin

Phenolcarbonsäuren Gallussäure

Phenylpropane Zimtsäuren, Lignine

Flavanderivate Flavane, Anthocyanidine

OH

OHHOOC

OHCCC

O

O+

HOA

BHO

OH

OH

R1

R2

R3

HO

Anthocyanidin

O

Flavan

R

H

H

OH

R

H

OH

OH

R OH

OH

OH

Pelargonidin Delphinidin

Cyanidin

R

H

OH

OCH3

Päonidin

R OH

OCH3

OCH3

Malvidin

R O

OH

R

OH

OHB

R O

O-

rot

pH 2 -3

violett

pH 7 -8

blau

pH 11

Carotinoide: gelb, rot

Chlorophyll: grün

Flavanderivate: weißlich, gelb, Anthocyane: rot, blau

Chymochrome Farben: in der Vakuole (Flavane, Anthocyane, Betacyane)

Plasmochrome: Plastiden (Carotin, Chlorophyll)

Art der Farbstoffe

Menge der Farbstoffe

(pH-Wert)

Komplexbildung

Copigmente

Gemeinsame physiologische und technische Eigenschaften: fällen Eiweiße (Häute in Leder); durch Oxidation werden sie rotbraune Phlobaphene (Borken!)

Beispiel: Tannin

Sammelbezeichnung für organische Stick-stoffverbindungen basischen Charakters

Spezifische physiologische und medizinische Wirkungen (Solanaceae)

Beispiele: Morphin (Papaver somniferum)

Cocain (Erythroxylum coca)

Chinin (Cinchona succirubra - Plasmodium malariae)

Nicotin

O

HO

H

NCH3

HO

Morphin NCH3 C

O

OCH3

H

O C

O

Cocain

Autotrophe Organismen: aus CO2 in Kohlenhydrate und andere organische Substanzen

Autotrophe und heterotrophe Organismen: Dissimilation, Abbau zu CO2

Stickstoff autotrophe und Stickstoff heterotrophe Organismen

Stickstoffquellen:

Nitrat, Ammonium

Elementarer Stickstoff: Bakterien und Cyanobakterien; Wurzelknöllchen (bis zu 300 kg/ha)

Elementarer Stickstoff (N2): Nitrogenase

Nitratreduktion: Nitratreduktase, Nitritreduktase

Pflanzen sind N-autotroph

Einbau in organische Kohlenstoff-verbindungen

Synthese von Aminosäuren

Tiere: essentielle Aminosäuren; Pflanzen: normalerweise alle

Reduktive Aminierung; Glutaminsäure aus 2-Oxoglutarsäure

Transaminierung

Proteinabbau

Um- und Abbau

Decarboxylierung

Oxidative Desaminierung

Ammoniakentgiftung

HOOC CH

NH2

CH2 C

O

OH

+ NH3 HOOC CH

NH2

CH2 C

O

NH2

+ H2O

AsparaginsäureAsparagin

Ammoniakentgiftung

Bestandteil zahlreicher organischer Verbindungen (Cystein, Cystin, Methionin; SH-Gruppenenzyme, Coenzym A, Biotin, Thiamin)

Pflanzen sind S-autotroph

Aufnahme als SO42-;

muss bis S2- reduziert werden; erfolgt hauptsächlich in Chloroplasten (C4: Bündelscheidezellen), wenig in Wurzeln

Energiereiche Phosphate; Nucleotide bzw. Nucleinsäuren

Aufnahme als PO43-

Wird nicht reduziert!

Speicherform: Polyphosphate und Phytin (Ca-Mg-Salz der Inosithexaphosphorsäure)