Biochemie und Grundzüge der Molekularen Medizin - Cheatsheet

Glykolyse und Glukoneogenese

Definition:

Glykolyse: Abbau von Glukose zu Pyruvat in 10 Schritten, erzeugt ATP und NADH. Glukoneogenese: Neubildung von Glukose aus Nicht-Kohlenhydratvorstufen, vor allem in Leber und Nieren, Gegenspieler der Glykolyse.

Details:

• Glykolyse: Hauptweg des Glukoseabbaus
• Glukoneogenese: Synthese von Glukose, wenn externe Quellen knapp sind
• Netto-Reaktion Glykolyse: \[ \text{Glukose} + 2 \text{ADP} + 2 \text{NAD}^+ + 2 \text{P}_i \to 2 \text{Pyruvat} + 2 \text{ATP} + 2 \text{NADH} + 2 \text{H}_2\text{O} \]
• Netto-Reaktion Glukoneogenese: \[ 2 \text{Pyruvat} + 2 \text{GTP} + 4 \text{ATP} + 2 \text{NADH} + 6 \text{H}_2\text{O} \to \text{Glukose} + 2 \text{GDP} + 4 \text{ADP} + 2 \text{NAD}^+ + 6 \text{P}_i \]
• Schlüsselenzyme Glykolyse: Hexokinase, Phosphofructokinase, Pyruvatkinase
• Schlüsselenzyme Glukoneogenese: Pyruvat-Carboxylase, PEPCK, Fruktose-1,6-Bisphosphatase
• Regulation: Hormonell (Insulin, Glukagon), allosterisch (ATP, AMP)
• Substrate: Glykolyse verwendet Glukose; Glukoneogenese nutzt Lactat, Glycerin, Aminosäuren

Citratzyklus und oxidative Phosphorylierung

Definition:

Mit Citratzyklus und oxidative Phosphorylierung wird die Hauptenergiegewinnung in der Zelle beschrieben. Beide Prozesse finden in den Mitochondrien statt und sind miteinander gekoppelt.

Details:

• Citratzyklus: oxaloacetat + acetyl-CoA -> Citratsynthase -> Citrat -> verschiedene Zwischenprodukte -> oxaloacetat
• Hauptreaktionen: 2 CO2 abgespalten, 3 NADH, 1 FADH2, 1 GTP/ATP gebildet
• Oxidative Phosphorylierung: Elektronen von NADH und FADH2 -> Elektronentransportkette -> Protonengradient in der inneren Mitochondrienmembran (chemische Osmose) -> ATP-Synthase produziert ATP (chemiosmotisches Modell)
• Schlüsselenzyme: Citratsynthase, Aconitase, Isocitratdehydrogenase, α-Ketoglutarat-Dehydrogenase, Succinat-Dehydrogenase
• Gesamtbilanz: Pro Glukosemolekül ca. 30-32 ATP

Proteinfaltung und Chaperone

Definition:

Prozess, bei dem Proteine ihre dreidimensionale Struktur erlangen. Chaperone sind Proteine, die anderen Proteinen helfen, sich korrekt zu falten.

Details:

• Primärstruktur: Aminosäurensequenz
• Sekundärstruktur: Alpha-Helix und Beta-Faltblatt
• Tertiärstruktur: Dreidimensionale Anordnung
• Quartärstruktur: Zusammenlagerung mehrerer Proteineinheiten
• Chaperone: Verhindern Fehlfaltung und Aggregation
• Beispiele für Chaperone: Hsp70, GroEL/GroES
• ATP-abhängig: Viele Chaperone nutzen ATP
• ER-Stress: Fehlgefaltete Proteine können ER-Stress auslösen

Posttranslationale Modifikation von Proteinen

Definition:

Chemische Veränderungen an Proteinen nach deren Synthese, beeinflussen Funktion, Lokalisation und Stabilität der Proteine

Details:

• Wichtige Modifikationen: Phosphorylierung, Glykosylierung, Ubiquitinierung, Methylierung, Acetylierung
• Phosphorylierung: Anhängen einer Phosphatgruppe durch Kinasen, meist an Serin/Threonin/Tyrosin
• Glykosylierung: Anhängen von Zuckerresten, wichtig für Proteinfaltung und -stabilität
• Ubiquitinierung: Markierung von Proteinen für den Abbau im Proteasom
• Beeinflusst Signaltransduktion, Protein-Protein-Interaktionen, Funktionen von Enzymen
• Wichtig für: Zellzyklus, Apoptose, Immunsystem, DNA-Reparatur

Epigenetische Modifikationen

Definition:

Chemische Veränderungen an DNA oder Histonen, die Genexpression beeinflussen, ohne die DNA-Sequenz zu ändern.

Details:

• Zu den wichtigsten epigenetischen Modifikationen gehören DNA-Methylierung und Histonmodifikation.
• DNA-Methylierung erfolgt hauptsächlich an Cytosinresten in CpG-Dinukleotiden.
• Histonmodifikationen umfassen Acetylierung, Methylierung, Phosphorylierung und Ubiquitinierung.
• Modifikationen beeinflussen Chromatinstruktur und Zugänglichkeit der DNA für Transkriptionsfaktoren.
• Epigenetische Veränderungen können durch Umweltfaktoren beeinflusst werden und sind oft reversibel.
• Dies spielt eine zentrale Rolle in Entwicklungsprozessen und Zelltyp-Spezifikation sowie bei Krankheiten wie Krebs.

Signalwege und Rezeptoren

Definition:

Signaltransduktion durch Rezeptoren beeinflusst Zellfunktionen durch chemische Signale, wichtig für Zellkommunikation.

Details:

• Ligand bindet an Rezeptor (z.B. G-Protein-gekoppelte Rezeptoren, Tyrosin-Kinasen)
• Konformationsänderung aktiviert intrazelluläre Signalwege
• Second Messenger wie cAMP, Ca²⁺
• Signalkaskaden: Phosphorylierungsketten, MAPK-Weg
• Regulierung der Genexpression
• Signalterminierung: Degradation von Liganden, Rezeptor-Desensibilisierung

Onkogenese und Tumorsuppressorgene

Definition:

Onkogenese: Prozess der Entstehung und Entwicklung von Tumoren. Tumorsuppressorgene: Gene, die das Tumorwachstum unterdrücken.

Details:

• Mutationen in Protoonkogenen führen zu Onkogenen, die unkontrolliertes Zellwachstum fördern.
• Beispiele: Ras, Myc, BRAF
• Tumorsuppressorgene: regulieren Zellteilung, Reparatur von DNA-Schäden und Apoptose.
• Beispiele: p53, RB1, BRCA1/2
• Verlust von Tumorsuppressorfunktion führt zu unkontrollierten Zellteilung und Tumorbildung.

Neurodegenerative Erkrankungen

Definition:

Krankheiten, bei denen Nervenzellen im Gehirn und/oder Rückenmark progressiv degenerieren.

Details:

• Charakterisiert durch Verlust von Neuronen und Synapsen.
• Häufige Krankheiten: Alzheimer, Parkinson, Huntington.
• Pathologische Merkmale: Amyloid-Plaques, Neurofibrillenbündel (\textit{tangles}), Lewy-Körperchen.
• Genteilt in: prionische, tauopathische und synucleinopathische Erkrankungen.
• \textbf{Biochemische Mechanismen}: Fehlgefaltete Proteine, oxidative Schäden, mitochondriale Dysfunktion.
• \textbf{Wichtige Proteine}: $\beta$-Amyloid, Tau, $\beta$-Synuclein.