Grundlagen Biochemie und Energiestoffwechsel - Cheatsheet.pdf

Struktur und Eigenschaften von Proteinen

Definition:

Proteine sind komplexe Moleküle, essenziell für biologische Funktionen, bestehen aus Aminosäuren, die über Peptidbindungen verbunden sind.

Details:

• Primärstruktur: lineare Sequenz der Aminosäuren
• Sekundärstruktur: lokale Faltungsmuster, z.B. α-Helix und β-Faltblatt, stabilisiert durch Wasserstoffbrücken
• Tertiärstruktur: dreidimensionale Gesamtstruktur einer Polypeptidkette, Stabilität durch Disulfidbrücken, hydrophobe Wechselwirkungen, ionische Bindungen
• Quartärstruktur: Zusammenlagerung mehrerer Polypeptidketten zu einem funktionellen Proteinkomplex
• Denaturierung: Verlust der nativen Struktur durch Hitze, pH-Wert-Änderung, Chemikalien
• Funktion: Katalyse (Enzyme), Transport (Hämoglobin), Struktur (Kollagen), Signalübertragung (Rezeptoren)
• Holoproteine: Proteine mit Nicht-Protein Gruppe, z.B. Metall-Ionen oder organische Gruppen, entscheidend für Funktion

Mechanismen der enzymatischen Katalyse

Definition:

Enzyme beschleunigen biochemische Reaktionen durch spezifische Mechanismen zur Senkung der Aktivierungsenergie.

Details:

• Schlüssel-Schloss-Prinzip und induzierte Passform
• Absenkung der Aktivierungsenergie \(\text{E}_a\)
• Spezifität durch aktives Zentrum
• Übergangszustand-Stabilisierung
• katalytische Triade in Serinproteasen
• katalytische Prozesse: Säure-Base-Katalyse, kovalente Katalyse, Metallionen-Katalyse

Abbau von Glukose zu Pyruvat (Glykolyse)

Definition:

Glykolyse: zentraler Stoffwechselweg, bei dem Glukose zu Pyruvat abgebaut wird, um Energie in Form von ATP und NADH zu gewinnen.

Details:

• Findet im Zytoplasma statt
• Nettoenergiegewinn: 2 ATP, 2 NADH
• Startmolekül: Glukose (C6H12O6)
• Endprodukte: 2 Pyruvat (C3H4O3), 4 ATP (2 netto), 2 NADH
• 10 enzymkatalysierte Schritte, unterteilt in zwei Phasen
• Schlüsselreaktionen:
• Hexokinase: Glukose + ATP → Glukose-6-phosphat
• Phosphofructokinase: Fruktose-6-phosphat + ATP → Fruktose-1,6-bisphosphat
• Pyruvatkinase: Phosphoenolpyruvat + ADP → Pyruvat + ATP
• Regulatorische Enzyme: Hexokinase, Phosphofructokinase, Pyruvatkinase
• Allosterische Regulation und Feedback-Hemmung

Citratzyklus und seine Schlüsselreaktionen

Definition:

Zyklus in der mitochondrialen Matrix, der Acetyl-CoA zur Energiegewinnung in ATP umwandelt; Verbindung zwischen Glykolyse und oxidativer Phosphorylierung

Details:

• Beginnt mit Kondensation von Acetyl-CoA und Oxalacetat zu Citrat
• Produziert NADH, FADH₂ und GTP/ATP
• Hauptschritte: Bildung von Citrat, Isomerisierung zu Isocitrat, oxidative Dekarboxylierungen zu α-Ketoglutarat und Succinyl-CoA, Umwandlung zu Succinat, Fumarat, Malat und zurück zu Oxalacetat
• Schlüsselreaktionen: Citrat-Synthase, Aconitase, Isocitrat-Dehydrogenase, α-Ketoglutarat-Dehydrogenase-Komplex, Succinyl-CoA-Synthetase, Succinat-Dehydrogenase, Fumarase, Malat-Dehydrogenase

Regulation des Energiestoffwechsels durch Insulin und Glukagon

Definition:

Insulin und Glukagon regulieren den Blutzuckerspiegel und damit den Energiestoffwechsel des Körpers.

Details:

• Insulin wird bei hohem Blutzuckerspiegel sezerniert, fördert Glukoseaufnahme in Zellen und Glykogensynthese.
• Glukagon wird bei niedrigem Blutzuckerspiegel freigesetzt, fördert Glykogenabbau und Glukoneogenese.
• Insulin: hemmt Lipolyse und fördert Fettsäure- und Proteinsynthese.
• Glukagon: stimuliert Lipolyse und Ketogenese.
• Insulin-Rezeptor: Tyrosinkinase-Rezeptor, aktiviert Signalwege wie PI3K/Akt.
• Glukagon-Rezeptor: G-Protein-gekoppelter Rezeptor, aktiviert Adenylatzyklase und cAMP.
• Gegenseitige Regulation durch Feedback-Mechanismen sichergestellt.

Biotechnologische Anwendungen enzymatischer Prozesse

Definition:

Biotechnologische Anwendungen enzymatischer Prozesse betreffen die Nutzung von Enzymen zur Durchführung spezifischer biochemischer Reaktionen in der industriellen Herstellung.

Details:

• Enzyme als Katalysatoren: Beschleunigung chemischer Reaktionen
• Spezifität: Hohe Spezifität für Substrate
• Anwendungen: Pharma, Lebensmittel, Textilien
• Beispielreaktionen: Hydrolyse, Synthese
• Vorteile: Milde Reaktionsbedingungen, Umweltfreundlichkeit
• Produktionsoptimierung: Fermentation, Immobilisierung
• Wichtige Enzyme: Amylasen, Lipasen, Proteasen

Aktuelle Forschung im Bereich Krebsstoffwechsel

Definition:

Aktuelle Forschung im Bereich Krebsstoffwechsel untersucht Veränderungen im Stoffwechsel von Tumorzellen, die deren Wachstum und Überleben fördern.

Details:

• Warburg-Effekt: Tumorzellen nutzen bevorzugt die Glykolyse auch bei ausreichender Sauerstoffversorgung (Glukose → Laktat)
• Metabolische Reprogrammierung: Tumorzellen ändern ihren Metabolismus zur Unterstützung von Proliferation und Überleben
• Mitochondriale Funktion: Erhöhung der Mitochondrienaktivität trotz Glykolyse-Dominanz
• Targets für Therapien: Enzyme und Metaboliten des Krebsstoffwechsels als mögliche Zielstrukturen