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Glykolyse und Glukoneogenese

Definition:

Glykolyse: Abbau von Glukose zu Pyruvat, energieliefernd. Glukoneogenese: Neubildung von Glukose aus Nicht-Kohlenhydratvorstufen, energiekosten.

Details:

• Glykolyse: Abbau von Glukose in 10 Schritten, netto 2 ATP und 2 NADH Gewinn
• Glukoneogenese: Synthese von Glukose aus Pyruvat, größtenteils in Leber und Niere
• Schlüsselenzyme Glykolyse: Hexokinase, Phosphofruktokinase, Pyruvatkinase
• Schlüsselenzyme Glukoneogenese: Pyruvat-Carboxylase, PEP-Carboxykinase, Fructose-1,6-Bisphosphatase, Glukose-6-Phosphatase
• Allosterische Regulation: ATP, Citrate hemmen Glykolyse; ADP, AMP fördern Glykolyse
• Regulation durch Hormone: Insulin fördert Glykolyse, Glucagon fördert Glukoneogenese
• Wichtige Substrate: Lactat, Glycerol, Aminosäuren (für Glukoneogenese)
• Energetische Bilanz: Glykolyse: \( \text{Glukose} + 2 \text{ADP} + 2 \text{NAD}^{+} + 2 \text{P}_{\text{i}} \rightarrow 2 \text{Pyruvat} + 2 \text{ATP} + 2 \text{NADH} \) Glukoneogenese: \( 2 \text{Pyruvat} + 4 \text{ATP} + 2 \text{GTP} + 2 \text{NADH} + 6 \text{H}_{2}\text{O} \rightarrow \text{Glukose} + 4 \text{ADP} + 2 \text{GDP} + 6 \text{P}_{\text{i}} + 2 \text{NAD}^{+} \)

Michaelis-Menten-Kinetik

Definition:

Modellierung der Enzymkinetik, beschreibt die Reaktionsgeschwindigkeit basierend auf Substratkonzentration.

Details:

• Michaelis-Menten-Gleichung: \(v = \frac{{V_{max}[S]}}{{K_m + [S]}} \)
• \(v\): Reaktionsgeschwindigkeit
• \(V_{max}\): Maximale Reaktionsgeschwindigkeit
• \([S]\): Substratkonzentration
• \(K_m\): Michaelis-Menten-Konstante (Substratkonzentration bei \(\frac{V_{max}}{2}\))
• Relevanz: Enzymaktivität und Affinität betrachten; klinische Anwendungen

Elektronentransportkette und oxidative Phosphorylierung

Definition:

Elektronentransportkette: Abfolge von Protein-Komplexen in der inneren Mitochondrienmembran, die Elektronen übertragen und Protonen pumpen.Oxidative Phosphorylierung: ATP-Synthese durch Nutzung des Protonengradienten.

Details:

• Findet in der inneren Mitochondrienmembran statt.
• Komplexe I-IV: Elektronentransfer, Protonen pumpe.
• Komplex V (ATP-Synthase): ATP-Produktion.
• \textbf{Prozess:} NADH/FADH2 liefern Elektronen → durch Komplexe I-IV transportiert → Aufbau Protonengradient → Protonenrückfluss durch ATP-Synthase → ATP entsteht.

Signaltransduktion

Definition:

Übertragung von Signalen von der Zelloberfläche ins Zellinnere.

Details:

• Signalmolekül bindet an Rezeptor.
• Konformationsänderung des Rezeptors.
• Aktivierung von Effektorproteinen (G-Proteine, Enzyme).
• Generierung von Second Messengers (z.B. cAMP, Ca²⁺).
• Aktivierung von Kinasen/Transkriptionsfaktoren.
• Antwort: Veränderung der Genexpression, Stoffwechselregulation.

Biochemische Grundlagen von Krebs

Definition:

Molekulare Mechanismen, die zur unkontrollierten Zellproliferation und Tumorbildung führen.

Details:

• Mutationen in Proto-Onkogenen, Tumorsuppressorgenen und DNA-Reparaturgenen führen zu Krebs
• Proto-Onkogene: Förderer des Zellwachstums wie \textit{Ras}, \textit{Myc}
• Tumorsuppressorgene: Hemmer des Zellwachstums wie \textit{p53}, \textit{RB1}
• DNA-Reparaturgene: Behebung von DNA-Schäden, z.B. \textit{BRCA1}, \textit{BRCA2}
• Anerkannte Signalwege: \textit{MAP-Kinase-Weg}, PI3K/AKT/mTOR-Weg
• Wichtige Mechanismen: Genomische Instabilität, Telomerase-Aktivität, Angiogenese, Metastasierung
• Biomarker und therapeutische Ziele wie \textit{HER2/neu}, \textit{PD-L1}

Molekulare Mechanismen der Genexpression

Definition:

Mechanismen, durch die Information von Genen in funktionelle Produkte (Proteine/RNAs) umgewandelt wird.

Details:

• Transkription: DNA zu mRNA durch RNA-Polymerase.
• Translation: mRNA zu Protein an Ribosomen.
• Promotor: Startpunkt der Transkription.
• Enhancer/Silencer: DNA-Elemente, die Genexpression beeinflussen.
• Epigenetik: Chromatin-Modifikation und DNA-Methylierung beeinflussen Genexpression.
• Post-transkriptionelle Regulation: Splicing, RNA-Editing.
• Post-translationelle Modifikationen: Phosphorylierung, Ubiquitinierung etc.

Fettsäuren- und Aminosäurenstoffwechsel

Definition:

Fettsäuren- und Aminosäurenstoffwechsel beschäftigen sich mit dem Abbau und der Synthese von Fettsäuren und Aminosäuren im Körper.

Details:

• Fettsäureabbau: Beta-Oxidation in Mitochondrien
• Synthese: Fettsäuresynthase-Komplex im Zytosol
• Aminosäureabbau: Transaminierung und Desaminierung
• Schlüsselenzyme: Acetyl-CoA-Carboxylase, Carnitin-Acylcarnitin-Translokase (Fettsäuren); Aminotransferasen, Glutamatdehydrogenase (Aminosäuren)
• Vitale Stoffwechselwege: u.a. Citratzyklus, Harnstoffzyklus
• Wichtige Produkte: Ketonkörper, Glukose (aus Gluconeogenese mit Aminosäuren)

Posttranslationale Modifikationen

Definition:

Veränderungen von Proteinen nach deren Synthese.

Details:

• Modifikationen notwendig für Funktion, Lokalisierung & Stabilität
• Wichtige Typen: Phosphorylierung, Glykosylierung, Acetylierung, Ubiquitinierung
• Phosphorylierung: Anhängen von Phosphatgruppen durch Kinasen, reguliert Enzymaktivitäten (\textit{z.B.} Aktivierung/Inaktivierung)
• Glykosylierung: Anhängen von Zuckern zur Bildung von Glykoproteinen, essentiell für Zell-Zell-Kommunikation und Immunantwort
• Acetylierung: Anhängen von Acetylgruppen, beeinflusst Proteininteraktionen und Genexpression
• Ubiquitinierung: Anhängen von Ubiquitin zur Markierung für Proteinabbau durch Proteasomen