Primärstoffwechsel

Prof. Dr. Albert Duschl

Aufgaben

Der Primärstoffwechsel sorgt für

Aufbau (Anabolismus) und Abbau

(Katabolismus) biologischer Moleküle,

wie Aminosäuren, Lipide,

Kohlenhydrate und Nukleinsäuren.

Es findet auch im Ruhezustand ein

permanenter Metabolismus statt. Die

kontinuierliche Umwälzung des

Molekülpools erlaubt die Entfernung

von beschädigten oder nicht mehr

benötigten Molekülen.

Viele katabole Reaktionen speisen ihre

Produkte in den Energiestoffwechsel

ein, vor allem in die Glycolyse und in

den Citratzyklus.

© Löffler: Basiswissen Biochemie

Gluconeogenese

Unter den grossen anabolen Stoffwechselwegen steht die Bildung

von Zucker mit dem Energiestoffwechsel in der engsten

Verbindung. Die Gluconeogenese ist im wesentlichen eine

rückwärts laufende Glycolyse. Dies ist keineswegs bei allen

Biomolekülen so - Synthese und Abbau sind oft völlig getrennte

Vorgänge. Ort der Glyconeogenese ist hauptsächlich das

Cytoplasma, die ersten Schritte finden jedoch in der

Mitochondrienmatrix statt.

© both figures Löffler/Petrides:

Biochemie und Pathobiochemie

Glycogensynthese

Höhere Zucker werden über

Nukleotidzucker synthetisiert

(aktivierte Zucker). Im Fall von

Glycogen wird bei Eukaryonten

UDP-Glucose verwendet.

Der Start der Synthese erfolgt an

einem schon vorhandenen

Starterglycogen, oder an dem Protein

Glycogenin, das sich über eine interne

Glycosyltransferaseaktivität selber

glycosylieren kann.

ADP-Glucose wird von Pflanzen zur

Stärkesynthese und von Bakterien zur

Glycogensynthese verwendet.

© Löffler/Petrides: Biochemie und Pathobiochemie

Fettsäuresynthese

Die Fettsäuresynthese erfolgt bei Tieren im

Cytoplasma an einem grossen Multienzym-

komplex, der Fettsäuresynthetase.

Die Synthese beginnt an einem Starter Acetyl-

CoA, das seinen Acetylrest an ein

Trägerprotein abgibt, das Acylcarrier-Protein

(ACP)

Für die Verlängerung wird jeweils ein Malonyl-

CoA verwendet. Für dessen Herstellung aus

AcCoA wird ein CO2 benötigt, so dass die

Reaktion CO2-abhängig ist. Da das CO2

wieder freigesetzt wird, erfolgt die

Kettenverlängerung in Schritten von 2 C

Atomen.

Die Bausteine kommen aus dem Citratzyklus.

© Löffler/Petrides: Biochemie und Pathobiochemie

© Nelson/Cox: Lehninger Principles of Biochemistry

ß-Oxidation der Fettsäuren

Fettsäureabbau erfolgt bei Tieren in der

Mitochondrienmatrix.

Intermediate werden an CoA gebunden, nicht an

ACP.

Es gibt keinen fest assoziierten Multienzymkomplex,

sondern Einzelenzyme.

Die Oxidation ergibt jeweils AcCoA. Malonyl-CoA

taucht nicht auf.

Reduktionsäquivalente sind NAD und FADH2, nicht

NADP wie bei der Synthese.

ß-Oxidation akzeptiert Fettsäuren jeder Länge,

während die Synthetase nur bis C16 geht (Palmitat)

und längere Fettsäuren von anderen Enzymen aus

Palmitat hergestellt werden.

Beim Abbau ungeradzahliger Fettsäuren entsteht im

letzten Schritt Propionyl-CoA. © Stryer: Biochemistry

Cholesterinsynthese

Cholesterin wird in einer Totalsynthese aus

AcCoA aufgebaut. Die Synthese erfolgt

überwiegend in der Leber und in geringem

Ausmaß in Darm und Haut.

Bei normaler Kost kommt 50% unseres

Cholesterins aus Eigensynthese. Der

Körper ist aber durchaus in der Lage den

Gesamtbedarf zu decken.

Cholesterin wird unverändert oder nach

Umwandlung in Gallensäuren über die

Galle abgegeben. Ein sehr kleiner Teil wird

zur Synthese von Steroidhormonen

verwendet. Ein weiterer Katabolismus

findet normalerweise nicht statt.

© Koolman/Röhm: Taschenatlas der Biochemie

Tiere vs. Pflanzen

Bei Zellen höherer

Pflanzen findet die

Fettsäuresynthese nicht

im Cytoplasma, sondern

im Stroma der

Chloroplasten statt.

Die ß-Oxidation findet

bei Pflanzen nicht in

Mitochondrien, sondern

in Peroxisomen statt.

© Nelson/Cox: Lehninger Principles of Biochemistry

Die Geschichte vom Tiger

© Fehringer: Die Welt der Säugetiere

Glycerin aus Glycerophosphatiden

Glycerin, der Träger

der Fettsäuren in

Speicherfetten, wird

selbst in die Glycolyse

eingeführt.

© both figures Stryer: Biochemistry

Aminosäuresynthese

Für die Aminosäuren gibt es keinen einheitlichen Syntheseweg. Sie werden aus

relativ gewöhnlichen Vorläufermolekülen hergestellt, wobei sich 6 Synthesefamilien

unterscheiden lassen. Die hier fett gedruckten Aminosäuren sind essentiell.

© Stryer: Biochemistry

Aminosäuren-Recycling (green Campus)

Aminosäuren sind Carbonsäuren die eine Aminogruppe

enthalten. Sie besitzen also immer die Gruppen -COOH

und -NH2.

Aminosäuren sind meist ionisiert, liegen also mit NH3+,

COO-, oder beidem vor.

Die verschiedenen Reste, die Carboxylgruppe und das

eine Proton werden in Zucker oder in Fette überführt,

oder es erfolgt ein Totalabbau zur Energiegewinnung.

Wohin mit der Aminogruppe?

© proprofs.com

Aminosäureabbau: Carboxylgruppen

Aminosäuren werden in den

Citratzyklus eingeschleust. Es gibt

sieben hauptsächliche Abbauwege.

Bei Abbauwegen die zu AcCoA oder

Acetoacetyl-CoA führen, ist es nicht

möglich, die Kohlenstoffgerüste zur

Gluconeogenese zu verwenden.

Aminosäuren die in Glucose überführt

werden können nennt man glucogen,

die anderen sind ketogen.

Manche Aminosäuren können sowohl

glucogen als auch ketogen abgebaut

werden. © Stryer: Biochemistry

Harnstoffzyklus

Die Aminogruppen der abgebauten

Aminosäuren müssen in eine

unschädliche Transportform

umgewandelt werden, da

Ammoniumionen (NH4+) mit Ammoniak

im Gleichgewicht stehen und

Ammoniak giftig ist.

Dies geschieht bei uns im

Harnstoffzyklus, der auf Cytoplasma

und Mitochondrienmatrix verteilt ist.

Ausscheidungsform ist also Harnstoff

(bei ureothelischen Tieren, z.B.

Säuger).

Uricothelische Tiere verwenden

Harnsäure (z.B. Vögel).

Ammoniothelische Tiere verwenden

Ammoniumionen (z.B. Fische).

© both figures Stryer: Biochemistry

Purinstoffwechsel

Purine werden in einer vielstufigen

Totalsynthese aufgebaut.

Der Abbau erfolgt zu Harnsäure, die

ausgeschieden wird.

© both figures Löffler/Petrides: Biochemie und Pathobiochemie

Pyrimidinstoffwechsel

Der Pyrimidinring wird aus Aspartat

und Carbamylphosphat gebildet.

Der Abbau erfolgt zu Acetat bzw.

Propionat.

© both figures Löffler/Petrides: Biochemie und Pathobiochemie

© Nature 414: 858 (2001)