Oxidative Pyruvatdecarboxylierung

IMPP-Score: 1.2

Umwandlung von Pyruvat zu Acetyl-CoA

Überblick

Die Umwandlung von Pyruvat zu Acetyl-CoA ist ein zentraler Prozess der Zellatmung, der die Glykolyse mit dem Citratzyklus verbindet. Dieser Prozess findet in der mitochondrialen Matrix statt und wird durch den Pyruvatdehydrogenase-Komplex (PDH-Komplex) katalysiert.

Darstellung der oxidativen Decarboxylierung von Pyruvat (R = H) oder α-Ketoglutarat (R = CH2–CH2–COO−). Thiaminpyrophosphat (TPP) sowie Liponamid wurden nur ausschnittsweise dargestellt. Für Einzelheiten bitte Text beachten.1

Der Pyruvatdehydrogenase-Komplex (PDH-Komplex)

Der PDH-Komplex besteht aus mehreren Enzymen und Coenzymen, die in drei Hauptschritten zusammenarbeiten, um Pyruvat in Acetyl-CoA umzuwandeln:

  1. Decarboxylierung: Pyruvat wird unter Freisetzung von \(CO_2\) decarboxyliert, wobei ein zweikohlenstoffhaltiger Acetylkörper entsteht.
  2. Oxidation: Der Acetylkörper wird oxidiert, wobei NAD+ zu NADH reduziert wird.
  3. Übertragung auf Coenzym A: Der oxidierte Acetylkörper wird auf Coenzym A übertragen, wodurch Acetyl-CoA entsteht.

Wichtige Cofaktoren

Für die Funktion des PDH-Komplexes sind verschiedene Cofaktoren notwendig: - Thiamindiphosphat (TPP): Für die Decarboxylierung von Pyruvat. - Liponamid: Für die Übertragung von Acetylgruppen. - Flavinadenindinucleotid (FAD): Für die Elektronenübertragung. - Nicotinamidadenindinucleotid (NAD+): Für den Redoxprozess, der zur Bildung von NADH führt.

Irreversibilität und energetische Aspekte

Diese Reaktion ist irreversibel und findet nur unter aeroben Bedingungen statt. Sie erzeugt NADH, das in weiteren Stoffwechselwegen energetisch verwertet wird.

Bedeutung des Coenzym A

Coenzym A ist essenziell für die Übertragung des Acetylrests und die Bildung von Acetyl-CoA, welches in den Citratzyklus eingeht.

Zusammenhang zwischen Glykolyse und Citratzyklus

Acetyl-CoA ist das Bindeglied zwischen Glykolyse und Citratzyklus. Die Umwandlung von Pyruvat in Acetyl-CoA ermöglicht die Energiegewinnung durch den Citratzyklus und ist somit entscheidend für den aeroben Metabolismus der Zelle.

Mechanismus der enzymatischen Aktion

Die Reaktion des PDH-Komplexes umfasst mehrere Schritte:

  1. Decarboxylierung von Pyruvat: Pyruvat wird an TPP gebunden und decarboxyliert, wobei CO2 freigesetzt wird.
  2. Übertragung auf Liponamid: Der hydroxyethyl-Rest wird von TPP auf Liponamid übertragen und in Acetyl umgewandelt.
  3. Formation von Acetyl-CoA: Der Acetyl-Rest wird von Liponamid auf CoA übertragen.
  4. Regeneration von Liponamid: Liponamid wird durch FAD reoxidiert und anschließend durch NAD+ regeneriert.

Bedeutung für den Energiestoffwechsel

Die oxidative Pyruvatdecarboxylierung ist exergonisch und erzeugt NADH, das in der Atmungskette zur Energiegewinnung genutzt wird.

Wichtige Prüfungshinweise vom IMPP

Das IMPP legt besonderen Wert auf die Rolle der verschiedenen Cofaktoren im PDH-Komplex und die Verbindung von Glykolyse und Citratzyklus durch Acetyl-CoA. Es ist wichtig, die Funktionen von TPP, Liponamid, CoA, FAD und NAD+ genau zu verstehen.

Zusammenfassung

  • Umwandlung von Pyruvat zu Acetyl-CoA: Dies ist ein Schlüsselschritt für die Verbindung der Glykolyse mit dem Citratzyklus, wobei Pyruvat durch den Pyruvatdehydrogenase-Komplex in Acetyl-CoA umgewandelt wird.
  • Rolle des Pyruvatdehydrogenase-Komplexes: Der Komplex führt drei Hauptreaktionen durch - Decarboxylierung von Pyruvat, Oxidation des entstehenden Acetylkörpers und Übertragung auf Coenzym A, wodurch Acetyl-CoA entsteht.
  • Bedeutung von Coenzym A: Wichtig für die Übertragung des Acetylrestes auf den Citratzyklus, was zentral für den aeroben Metabolismus und die Energiegewinnung ist.
  • Wichtige Cofaktoren: Thiamindiphosphat, Liponamid, Flavinadenindinucleotid und Nicotinamidadenindinucleotid sind entscheidend für die Funktion des Pyruvatdehydrogenase-Komplexes.
  • Irreversibilität und Energieaspekte: Die Umwandlung von Pyruvat in Acetyl-CoA ist irreversibel und findet unter aeroben Bedingungen statt, dabei wird kein ATP verbraucht, sondern NADH gewonnen.
  • Verbindung von Glykolyse und Citratzyklus durch Acetyl-CoA: Dies ermöglicht die Weiterverwertung von Energie durch den Citratzyklus und ist essentiell für die aerobe Energiegewinnung der Zelle.

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Footnotes

  1. Credits Darstellung der oxidativen Decarboxylierung von Pyruvat (R = H) oder α-Ketoglutarat (R = CH2–CH2–COO−). Thiaminpyrophosphat (TPP) sowie Liponamid wurden nur ausschnittsweise dargestellt. Für Einzelheiten bitte Text beachten. Grafik: Yikrazuul, PDH schema, als gemeinfrei gekennzeichnet, Details auf Wikimedia Commons↩︎