Biochemie und Molekularbiologie I - Cheatsheet

Glykolyse: Umwandlung von Glucose in Pyruvat

Definition:

Glykolyse: Umwandlung von Glucose zu Pyruvat, erste Stufe des Glucoseabbaus, energieliefernder Prozess.

Details:

• 10 enzymkatalysierte Schritte
• Ort: Cytoplasma
• Endprodukte pro Glucosemolekül: 2 Pyruvat, 2 ATP, 2 NADH
• Schlüsselenzyme: Hexokinase, Phosphofructokinase, Pyruvatkinase
• Regulation durch: ATP, AMP, Fructose-2,6-bisphosphat
• Netto-Reaktionsgleichung: \[ \text{Glucose} + 2 \text{ADP} + 2 \text{Pi} + 2 \text{NAD}^+ \rightarrow 2 \text{Pyruvat} + 2 \text{ATP} + 2 \text{NADH} + 2 \text{H}_2\text{O} + 2 \text{H}^+ \]

Citratzyklus (Krebs-Zyklus)

Definition:

Zyklus der oxidativen Decarboxylierung in Mitochondrien, der Acetyl-CoA zu CO2 und Energie umwandelt

Details:

• Findet in der mitochondrialen Matrix statt
• Verbraucht Acetyl-CoA, welches aus Pyruvat generiert wird
• Generiert pro Zyklus: 3 NADH, 1 FADH2, 1 GTP, 2 CO2
• Acetyl-CoA (2C) + Oxaloacetat (4C) = Citrat (6C)
• Wichtige Enzyme: Citrat-Synthase, Aconitase, Isocitrat-Dehydrogenase, α-Ketoglutarat-Dehydrogenase-Komplex, Succinyl-CoA-Synthetase, Succinat-Dehydrogenase, Fumarase, Malat-Dehydrogenase
• \texttt{Reaktionsgleichungen:}
  • \texttt{Acetyl-CoA + 2 H2O + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi} \rightarrow \texttt{2 CO2 + CoA + 3 NADH + 3 H+ + FADH2 + GTP}
  • \texttt{Oxaloacetat + Acetyl-CoA} \rightarrow \texttt{Citrat + CoA}
• Kernprozesse: Citratbildung, Isomerisierung, Oxidative Decarboxylierung, Substratkettenphosphorylierung, Elektronentransport in die Atmungskette

β-Oxidation von Fettsäuren

Definition:

Schrittweiser Abbau von Fettsäuren in den Mitochondrien zur Energiegewinnung.

Details:

• Ablauf in vier wiederholenden Schritten: Oxidation, Hydratation, erneute Oxidation und Thiolyse.
• Produkt jeder Runde: 1 Acetyl-CoA, reduzierte Coenzyme (NADH, FADH2).
• \[\text{Aktivierung von Fettsäuren: }\text{Fettsäure} + CoA + ATP \rightarrow \text{Acyl-CoA} + AMP + PP_i\]
• Säure-CoA-Dehydrogenase startet den Zyklus (Oxidation).
• Hauptregulationspunkt: Verfügbarkeit von Carnitin (Transport in die Mitochondrien).
• Endprodukte: Acetyl-CoA tritt in den Citratzyklus ein, NADH und FADH2 in die Elektronentransportkette.
• Bei ungeradzahligen Fettsäuren Endprodukt: Propionyl-CoA -> Succinyl-CoA.

DNA-Replikation und Transkription

Definition:

DNA-Replikation ist die Vervielfältigung der DNA vor der Zellteilung. Transkription ist die Synthese von mRNA anhand der DNA-Vorlage.

Details:

• Replikation erfolgt in der S-Phase des Zellzyklus.
• Benötigt Enzyme wie Helicase, DNA-Polymerase, Primase und Ligase.
• Semikonservativ: Neuer DNA-Strang besteht aus einem alten und einem neuen Strang.
• Transkription beginnt an Promotorregionen und endet an Terminatorsequenzen.
• RNA-Polymerase synthetisiert mRNA in 5' zu 3' Richtung.
• mRNA-Prozessierung: Capping, Polyadenylierung, Spleißen vor Translation.

Epigenetische Regulation

Definition:

Änderungen in der Genexpression ohne Änderung der DNA-Sequenz.

Details:

• DNA-Methylierung von Cytosinbasen (meistens an CpG-Inseln)
• Histonmodifikationen: Acetylierung, Methylierung, Phosphorylierung
• Chromatin-Remodelling-Komplexe beeinflussen die DNA-Zugänglichkeit
• Regulatorische RNAs (z.B. miRNAs, lncRNAs) modulieren die Genexpression
• Veränderungen sind oft reversibel, beeinflussen Zellgedächtnis
• Spielen eine wichtige Rolle in Entwicklung, Differenzierung und Krankheiten

Michaelis-Menten-Kinetik

Definition:

Michaelis-Menten-Gleichung beschreibt die Enzymkinetik, speziell wie die Reaktionsgeschwindigkeit von der Substratkonzentration abhängt.

Details:

• Grundgleichung: \(v = \frac{{V_{max} [S]}}{{K_m + [S]}}\)
• \(V_{max}\): maximale Reaktionsgeschwindigkeit
• \(K_m\): Michaelis-Konstante, beschreibt die Substratkonzentration, bei der die Hälfte der maximalen Geschwindigkeit erreicht wird
• Zweistufiger Mechanismus: \(E + S \rightleftharpoons ES \rightarrow E + P\)

Signalwege: G-Protein-gekoppelte Rezeptoren

Definition:

G-Protein-gekoppelte Rezeptoren (GPCRs) sind eine große Familie von Membranrezeptoren, die Signale durch die Aktivierung von G-Proteinen übermitteln.

Details:

• GPCRs erkennen extrazelluläre Signale (z.B. Hormone, Neurotransmitter).
• Aktivierung führt zur Konformationsänderung des Rezeptors.
• Rezeptor aktiviert \textit{G}-Protein, tauscht GDP gegen GTP an der \textit{α}-Untereinheit.
• \textit{G}-Protein zerfällt in \textit{α}-GTP und \textit{βγ}-Dimer, beide können Effektoren aktivieren.
• Abschaltung durch hydrolytische Aktivität der \textit{G}-Protein \textit{α}-Untereinheit (\textit{GTPase-Aktivität}).
• Beispielhafte Signalwege: cAMP/PKA, Phospholipase C/Inositoltriphosphat (IP3)/DAG.
• Wichtige Rolle in Zellkommunikation, Sinneswahrnehmung, Immunantwort.

Cholesterinbiosynthese

Definition:

Biosynthese von Cholesterin aus Acetyl-CoA im Zytosol und ER von Hepatozyten.

Details:

• HMG-CoA-Reduktase als geschwindigkeitsbestimmendes Enzym
• Regulation durch negative Rückkopplung, Hormonbalance und SREBP
• Zwischenprodukte: Acetyl-CoA → Mevalonat → Isopentenylpyrophosphat (IPP) → Farnesylpyrophosphat (FPP) → Squalen → Lanosterin → Cholesterin
• Schlüsselformeln:
• HMG-CoA + 2 NADPH + 2 H₊ → Mevalonat + 2 NADP⁺ + CoA