Einleitung
Aerobe Glykolyse
Sauerstoffflasche
Die aerobe Glykolyse bedarf ausreichender O₂-Versorgung. Sie bringt mehr Energieträger als die anaerobe Glykolyse. Dabei wird Pyruvat, Endprodukt der ersten 10 Glykolyseschritte, für den Citratzyklus vorbereitet. Metabolite des Citratzyklus können in der Atmungskette verwendet werden. Man kann den gesamten Prozess als aerobe Glykolyse bezeichnen.
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Einleitung
Pyruvat-Vorbereitung ausschließlich in Mitochondrien mit O₂
Mitochondrium-Zeichen mit Industrieschornstein auf Bus
Erythrozyten können also zum Beispiel keine aerobe Glykolyse betreiben, da sie keine Mitochondrien besitzen.
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Einleitung
Voraussetzung: Regeneration des Ko-Enzyms NAD⁺
Im Fernglas: Nadel ohne Haare
Wichtige Voraussetzung der aeroben (sowie anaeroben) Glykolyse ist die Regeneration des Co-Enzyms NAD+ für den 6. Schritt der Glykolyse. Diese Regeneration findet (im Falle der aeroben Glykolyse) im Rahmen der Atmungskette statt. Hier wird aus dem entstandenen NADH wieder NAD+.
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Einleitung
Ziel: Energiegewinnung per Atmungskette
Zielfernglas: Batterie mit dreifachem Blitz
Die aerobe Glykolyse ermöglicht eine Energiegewinnung in der Atmungskette; hierbei entstehen ATP und NADH wird zu NAD+ oxidiert. (Vergleiche: In der anaeroben Glykolyse wird in der LDH-Reaktion "nur" NAD+ regeneriert.)
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Einleitung
32 Moleküle ATP aus einem Molekül Glucose
32 Zähne des Gebiss & ATP-Batterie
Unter aeroben Bedingungen wird Pyruvat über den Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex (PDH-Komplex) abgebaut. Daran schließen sich der Citratzyklus und die Atmungskette an (=aerobe Glykolyse). So können schließlich aus einem Molekül Glucose am Ende des Tages 32 ATP-Moleküle gewonnen werden.
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Pyruvat-Shuttle
Shuttle: Protonen-Symport von Pyruvat in Mitochondrium
Shuttle: Pyro-Wal-Pralinen in Industriegebiet, Proton auf Beifahrersitz
Pyruvat muss zuerst vom Pyruvat-Shuttle durch die innere Mitochondrienmembran transportiert werden. Das membranständige Shuttle verwendet den von der Atmungskette aufgebauten Protonengradienten (protonenmotorische Kraft). Im Symport mit Protonen (H⁺) wird Pyruvat in das Mitochondrium eingeschleust.
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Aktivierung von Pyruvat für den Citratzyklus
PDH-Komplex: Multienzymkomplex mit 3 Enzymen
Verkaufsstand des Pyro-Wal-Dehydrators: 3 Verkaufsbereiche
Diese drei Enzyme des PDH-Komplexes benötigen insgesamt fünf Cofaktoren.
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Aktivierung von Pyruvat für den Citratzyklus
PDH-Komplex katalysiert insgesamt 4 Reaktionen
2 Spuren vor linkem Raum; jeweils eine vor anderen Räumen
Die 3 Enzyme des PDH-Komplexes katalysieren insgesamt 4 Reaktionen. Enzym 1 (PDH) katalysiert 2 Reaktionen – Enzym 2 und 3 jeweils nur eine Reaktion.
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Aktivierung von Pyruvat für den Citratzyklus > Reaktion 1
Reaktion 1: Enzym Pyruvat-Dehydrogenase (E1)
1. Verkäufer: Pyro-Wal-Pralinen-Dehydrator
Enzym der Reaktion 1 und erstes Enzym des Multi-Enzym-Komplexes ist die Pyruvat-Dehydrogenase (E1).
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Aktivierung von Pyruvat für den Citratzyklus > Reaktion 1
Cofaktor Thiaminpyrophosphat (TPP)
Auf Koffer steht Minen-Tier mit 2-Pfirsich-T-Shirt
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Aktivierung von Pyruvat für den Citratzyklus > Reaktion 1
Decarboxylierung von Pyruvat: CO₂ wird frei
Dunkle CO₂-Schornsteinemissionen
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Aktivierung von Pyruvat für den Citratzyklus > Reaktion 1
Hydroxyethyl-Thiaminpyrophosphat
Wasserflasche + Rest Alkohol + Minen-Tier mit 2 Pfirsichen auf T-Shirt
Die PDH bindet und decarboxyliert Pyruvat: Der Hydroxyethylrest wird auf TPP übertragen. Es entsteht dadurch Hydroxyethyl-TPP.
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Aktivierung von Pyruvat für den Citratzyklus > Reaktion 2
Reaktion 2: Enzym Pyruvat-Dehydrogenase
Zwischenspiel zw. 1. & 2. Stand: Dehydrator-Konditorlehrling
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Aktivierung von Pyruvat für den Citratzyklus > Reaktion 2
PDH: Acetylrest → auf Liponamid übertragen
Pyro-Wal-Pralinen-Dehydrator: Atzen-Brille & Tüll-Rock → Lippen-Amerikanerin
Die PDH oxidiert im 2. Reaktionsschritt den Hydroxyethylrest von TPP zu einem Acetylrest und überträgt ihn dann auf Liponamid. Aus Liponamid entsteht so Acetylliponamid.
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Aktivierung von Pyruvat für den Citratzyklus > Reaktion 2
Redoxreaktion
Ochsenhörner
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Aktivierung von Pyruvat für den Citratzyklus > Reaktion 2
Cofaktor Liponsäure
Auf Koffer Glas mit Lippen
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Aktivierung von Pyruvat für den Citratzyklus > Reaktion 3
Reaktion 3
Mittlerer Raum des Verkaufsstandes
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Aktivierung von Pyruvat für den Citratzyklus > Reaktion 3
Enzym Dihydroliponamid-Transferase (E2)
Ami mit überdimensionalen Lippen, T-Shirt mit Fähre (2 Kopfhaare)
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Aktivierung von Pyruvat für den Citratzyklus > Reaktion 3
Acetylrest von Acetyl-Liponamid auf Koenzym CoA übertragen
Koala mit Koffer kauft Atzen-Brille + Tüll-Rock ein
In dieser Reaktion wird das im Stoffwechsel zentrale Molekül Acetyl-CoA gewonnen.
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Aktivierung von Pyruvat für den Citratzyklus > Reaktion 3
Acetyl-CoA für Citratzyklus
Atzen-Tüll-Koala mit Zitronenhelm
Das so gewonnene Acetyl-CoA wird in den Zitratzyklus eingespeist.
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Aktivierung von Pyruvat für den Citratzyklus > Reaktion 3
Dihydro-Liponamid
Schaufensterpuppe als Ebenbild des 2-Haarigen-Lippen-Amis
Neben Acetyl-CoA entsteht bei dieser Reaktion auch Dihydro-Liponamid. Daher der Name des Enzyms dieser Reaktion: Enzym Dihydroliponamid-Transferase (E2).
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Aktivierung von Pyruvat für den Citratzyklus > Reaktion 4
Reaktion 4
Rechter Verkaufsstand
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Aktivierung von Pyruvat für den Citratzyklus > Reaktion 4
Enzym Dihydroliponamid-Dehydrogenase (E3)
Die in 2-Haar-Lippen-Ami verliebte Dehydratorin
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Aktivierung von Pyruvat für den Citratzyklus > Reaktion 4
Dihydro-Liponamid zu Liponamid regeneriert (Oxidation)
Deyhdratorin schneidet Lippen-Ami-Puppe 2-Haare ab
Die Dihydroliponamid-Dehydrogenase übernimmt die Elektronen der beiden SH-Gruppen des Liponamids. Dihydroliponamid wird oxidiert (verliert seine Elektronen).
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Aktivierung von Pyruvat für den Citratzyklus > Reaktion 4
Cofaktor FAD wird zu FADH₂ reduziert
Neben Koffer: Faden mit 2 angeklebten Haaren
Die Elektronen des Dihydroliponamids werden auf den Elektronenträger FAD übertragen, es entsteht FADH₂.
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Aktivierung von Pyruvat für den Citratzyklus > Reaktion 4
Cofaktor NAD⁺ zu NADH + H⁺ reduziert
Neben Koffer Nadel mit 2 angeklebten Haaren
Auch der Cofaktor NAD⁺ kann die Elektronen der Dehydrogenase annehmen (Elektronen kommen über FADH₂).
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Aktivierung von Pyruvat für den Citratzyklus > Reaktion 4
PDH-Reaktion ist irreversibel
“Kein Umtausch”-Schild
Da die PDH-Reaktion irreversibel ist, kann Acetyl-CoA kann nicht wieder in Pyruvat umgewandelt werden.
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Aktivierung von Pyruvat für den Citratzyklus > PDH-Komplex
PDH-Komplex bei Energiemangel aktiv
Schild über Kiosk: “Wieder Energie tanken!”
Ist die Zelle mit genügend Energie versorgt, so ist der PDH-Komplex inaktiv, bei Energiemangel aktiv, um Energie zu produzieren.
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Aktivierung von Pyruvat für den Citratzyklus > PDH-Komplex
Insulin aktiviert indirekt den PDH-Komplex
Bild von einer Insel mit Palmen
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Aktivierung von Pyruvat für den Citratzyklus > Pathobiochemie
Chronischer Alkoholabusus → Wernicke-Korsakoff-Syndrom (psych. Störungen)
Betrunkenes Mienen-Tier im Kosakkenoutfit (dröhnender Schädel)
Chronischer Alkoholabusus führt zu Thiaminmangel und damit zu Dysfunktion der PDH und aerobe Glykolyse. Es kommt zu Lähmungserscheinungen und psychischen Störungen, die in schweren Fällen irreversibel sein können. Das Krankheitsbild wird Wernicke-Korsakoff-Syndrom bezeichnet.
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Aktivierung von Pyruvat für den Citratzyklus > Pathobiochemie
Beriberi-Krankheit durch Thiaminmangel
2 süße Beeren auf einem ansonsten leeren Teller
Da die Pyruvat-Dehydrogenase Thiamin-abhängig ist, kann bei Thiaminmangel die aerobe Glykolyse nicht mehr stattfinden. Somit nehmen energieintensive Organe wie Herz oder Gehirn Schaden. In Extremfällen können Herzinsuffizienz und Gedächtnisverlust auftreten. Beri-Beri ist aufgrund der guten Ernährungsstandards in industrialisierten Ländern selten.
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/
Quint
Basis
Expert
Beschreibung
Markierte
schließen
Das Pyruvat-Shuttle
Reaktion 1: Decarboxylierung von Pyruvat zu Hydroxyethyl-TTP. CO2 wird frei.
Reaktion 2: Acetylrest wird auf Liponamid übertragen. Cofaktor: Liponsäure.
Reaktion 3: Acetyl-Liponamid wird auf Ko-Enzym CoA übertragen.
Reaktion 4: Dihydroliponamid wird zu Liponamid regeneriert. Ko-Faktoren NAD+ und FAD (Flavin-Adenin-Dinukleotid) werden reduziert.
Transversal-Schnitt aus einem MRT FLAIR: Abnormales hyperintenses Signal im dorsalen Thalamus, was sich als Wernicke-Enzephalopathie herausstellte.
Herzinsuffizienz mit Ödemen wegen Thiaminmangel, auch als “nasse“ Beri Beri bekannt.
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https://www.meditricks.de/wp-content/plugins/meditricks-mt-quiz/include/
n
39506
Was ist Ankizin?
Ankizin ist ein Projekt der AG Medizinische-Ausbildung bvmd e.V.
Es ist das größte non-profit, studentisch organisierte Anki-Projekt im deutschsprachigen Raum.
Ziel ist die Umsetzung des gesamten notwendigen Wissens für alle medizinischen Staatsexamina.
In freundlicher Kooperation bieten wir im Ankizin-Deck passgenau unsere Merkhilfen in den jeweiligen Anki-Karten an. Die so verknüpften Fragen kannst Du mit freundlicher Genehmigung der bvmd auch hier als Quiz ansehen.
Du findest alle Inhalte auch im Ankizin-Deck in Anki.
Es ist das größte non-profit, studentisch organisierte Anki-Projekt im deutschsprachigen Raum.
Ziel ist die Umsetzung des gesamten notwendigen Wissens für alle medizinischen Staatsexamina.
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Einleitung
Sauerstoffflasche
Die aerobe Glykolyse bedarf ausreichender O₂-Versorgung. Sie bringt mehr Energieträger als die anaerobe Glykolyse. Dabei wird Pyruvat, Endprodukt der ersten 10 Glykolyseschritte, für den Citratzyklus vorbereitet. Metabolite des Citratzyklus können in der Atmungskette verwendet werden. Man kann den gesamten Prozess als aerobe Glykolyse bezeichnen.
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Einleitung
Mitochondrium-Zeichen mit Industrieschornstein auf Bus
Erythrozyten können also zum Beispiel keine aerobe Glykolyse betreiben, da sie keine Mitochondrien besitzen.
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Einleitung
Im Fernglas: Nadel ohne Haare
Wichtige Voraussetzung der aeroben (sowie anaeroben) Glykolyse ist die Regeneration des Co-Enzyms NAD+ für den 6. Schritt der Glykolyse. Diese Regeneration findet (im Falle der aeroben Glykolyse) im Rahmen der Atmungskette statt. Hier wird aus dem entstandenen NADH wieder NAD+.
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Extra Info / Trivia
Wann genau wird NAD+ regeneriert? Im Verlauf der PDH-Reaktion entstehen zunächst CO2 und die beiden Reduktionsäquivalente NADH und FADH2. Diese geben ihre Elektronen in der Atmungskette ab und werden so wieder oxidiert. Sie stehen dann wieder als Elektronenakzeptoren (NAD+ und FAD) zur Verfügung aka sind "regeneriert". Denk daran: Die aerobe Glykolyse beinhaltet theoretisch nicht nur diese PDH-Reaktion, sondern die gesamte Kette von den ersten 10 Glykolyse-Reaktionen bis zur Atmungskette. Die Pyruvatdehydrogenase-Reaktion bereitet also die Regeneration zu NAD+ vor.
Wann genau wird NAD+ regeneriert? Im Verlauf der PDH-Reaktion entstehen zunächst CO2 und die beiden Reduktionsäquivalente NADH und FADH2. Diese geben ihre Elektronen in der Atmungskette ab und werden so wieder oxidiert. Sie stehen dann wieder als Elektronenakzeptoren (NAD+ und FAD) zur Verfügung aka sind "regeneriert". Denk daran: Die aerobe Glykolyse beinhaltet theoretisch nicht nur diese PDH-Reaktion, sondern die gesamte Kette von den ersten 10 Glykolyse-Reaktionen bis zur Atmungskette. Die Pyruvatdehydrogenase-Reaktion bereitet also die Regeneration zu NAD+ vor.
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Einleitung
Zielfernglas: Batterie mit dreifachem Blitz
Die aerobe Glykolyse ermöglicht eine Energiegewinnung in der Atmungskette; hierbei entstehen ATP und NADH wird zu NAD+ oxidiert. (Vergleiche: In der anaeroben Glykolyse wird in der LDH-Reaktion "nur" NAD+ regeneriert.)
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Einleitung
32 Zähne des Gebiss & ATP-Batterie
Unter aeroben Bedingungen wird Pyruvat über den Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex (PDH-Komplex) abgebaut. Daran schließen sich der Citratzyklus und die Atmungskette an (=aerobe Glykolyse). So können schließlich aus einem Molekül Glucose am Ende des Tages 32 ATP-Moleküle gewonnen werden.
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Pyruvat-Shuttle
Shuttle: Pyro-Wal-Pralinen in Industriegebiet, Proton auf Beifahrersitz
Pyruvat muss zuerst vom Pyruvat-Shuttle durch die innere Mitochondrienmembran transportiert werden. Das membranständige Shuttle verwendet den von der Atmungskette aufgebauten Protonengradienten (protonenmotorische Kraft). Im Symport mit Protonen (H⁺) wird Pyruvat in das Mitochondrium eingeschleust.
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Aktivierung von Pyruvat für den Citratzyklus
Verkaufsstand des Pyro-Wal-Dehydrators: 3 Verkaufsbereiche
Diese drei Enzyme des PDH-Komplexes benötigen insgesamt fünf Cofaktoren.
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Aktivierung von Pyruvat für den Citratzyklus
2 Spuren vor linkem Raum; jeweils eine vor anderen Räumen
Die 3 Enzyme des PDH-Komplexes katalysieren insgesamt 4 Reaktionen. Enzym 1 (PDH) katalysiert 2 Reaktionen – Enzym 2 und 3 jeweils nur eine Reaktion.
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Aktivierung von Pyruvat für den Citratzyklus > Reaktion 1
1. Verkäufer: Pyro-Wal-Pralinen-Dehydrator
Enzym der Reaktion 1 und erstes Enzym des Multi-Enzym-Komplexes ist die Pyruvat-Dehydrogenase (E1).
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Aktivierung von Pyruvat für den Citratzyklus > Reaktion 1
Auf Koffer steht Minen-Tier mit 2-Pfirsich-T-Shirt
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Aktivierung von Pyruvat für den Citratzyklus > Reaktion 1
Dunkle CO₂-Schornsteinemissionen
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Aktivierung von Pyruvat für den Citratzyklus > Reaktion 1
Wasserflasche + Rest Alkohol + Minen-Tier mit 2 Pfirsichen auf T-Shirt
Die PDH bindet und decarboxyliert Pyruvat: Der Hydroxyethylrest wird auf TPP übertragen. Es entsteht dadurch Hydroxyethyl-TPP.
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Aktivierung von Pyruvat für den Citratzyklus > Reaktion 2
Zwischenspiel zw. 1. & 2. Stand: Dehydrator-Konditorlehrling
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Aktivierung von Pyruvat für den Citratzyklus > Reaktion 2
Pyro-Wal-Pralinen-Dehydrator: Atzen-Brille & Tüll-Rock → Lippen-Amerikanerin
Die PDH oxidiert im 2. Reaktionsschritt den Hydroxyethylrest von TPP zu einem Acetylrest und überträgt ihn dann auf Liponamid. Aus Liponamid entsteht so Acetylliponamid.
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Aktivierung von Pyruvat für den Citratzyklus > Reaktion 2
Auf Koffer Glas mit Lippen
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Aktivierung von Pyruvat für den Citratzyklus > Reaktion 3
Mittlerer Raum des Verkaufsstandes
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Ami mit überdimensionalen Lippen, T-Shirt mit Fähre (2 Kopfhaare)
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Koala mit Koffer kauft Atzen-Brille + Tüll-Rock ein
In dieser Reaktion wird das im Stoffwechsel zentrale Molekül Acetyl-CoA gewonnen.
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Aktivierung von Pyruvat für den Citratzyklus > Reaktion 3
Atzen-Tüll-Koala mit Zitronenhelm
Das so gewonnene Acetyl-CoA wird in den Zitratzyklus eingespeist.
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Aktivierung von Pyruvat für den Citratzyklus > Reaktion 3
Schaufensterpuppe als Ebenbild des 2-Haarigen-Lippen-Amis
Neben Acetyl-CoA entsteht bei dieser Reaktion auch Dihydro-Liponamid. Daher der Name des Enzyms dieser Reaktion: Enzym Dihydroliponamid-Transferase (E2).
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Aktivierung von Pyruvat für den Citratzyklus > Reaktion 4
Rechter Verkaufsstand
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Die in 2-Haar-Lippen-Ami verliebte Dehydratorin
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Aktivierung von Pyruvat für den Citratzyklus > Reaktion 4
Deyhdratorin schneidet Lippen-Ami-Puppe 2-Haare ab
Die Dihydroliponamid-Dehydrogenase übernimmt die Elektronen der beiden SH-Gruppen des Liponamids. Dihydroliponamid wird oxidiert (verliert seine Elektronen).
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Aktivierung von Pyruvat für den Citratzyklus > Reaktion 4
Neben Koffer: Faden mit 2 angeklebten Haaren
Die Elektronen des Dihydroliponamids werden auf den Elektronenträger FAD übertragen, es entsteht FADH₂.
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Aktivierung von Pyruvat für den Citratzyklus > Reaktion 4
Neben Koffer Nadel mit 2 angeklebten Haaren
Auch der Cofaktor NAD⁺ kann die Elektronen der Dehydrogenase annehmen (Elektronen kommen über FADH₂).
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“Kein Umtausch”-Schild
Da die PDH-Reaktion irreversibel ist, kann Acetyl-CoA kann nicht wieder in Pyruvat umgewandelt werden.
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Aktivierung von Pyruvat für den Citratzyklus > PDH-Komplex
Schild über Kiosk: “Wieder Energie tanken!”
Ist die Zelle mit genügend Energie versorgt, so ist der PDH-Komplex inaktiv, bei Energiemangel aktiv, um Energie zu produzieren.
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Aktivierung von Pyruvat für den Citratzyklus > PDH-Komplex
Bild von einer Insel mit Palmen
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Betrunkenes Mienen-Tier im Kosakkenoutfit (dröhnender Schädel)
Chronischer Alkoholabusus führt zu Thiaminmangel und damit zu Dysfunktion der PDH und aerobe Glykolyse. Es kommt zu Lähmungserscheinungen und psychischen Störungen, die in schweren Fällen irreversibel sein können. Das Krankheitsbild wird Wernicke-Korsakoff-Syndrom bezeichnet.
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2 süße Beeren auf einem ansonsten leeren Teller
Da die Pyruvat-Dehydrogenase Thiamin-abhängig ist, kann bei Thiaminmangel die aerobe Glykolyse nicht mehr stattfinden. Somit nehmen energieintensive Organe wie Herz oder Gehirn Schaden. In Extremfällen können Herzinsuffizienz und Gedächtnisverlust auftreten. Beri-Beri ist aufgrund der guten Ernährungsstandards in industrialisierten Ländern selten.
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CC0 Wikimedia Commons: YikraZuul - Eigenes Werk (modifiziert)
CC0 1.0 Public Domain
Pyruvat-Shuttle - Das Pyruvat-Shuttle
Aerobe Glykolyse Reaktion 1 - Reaktion 1: Decarboxylierung von Pyruvat zu Hydroxyethyl-TTP. CO2 wird frei.
Aerobe Glykolyse Reaktion 2 - Reaktion 2: Acetylrest wird auf Liponamid übertragen. Cofaktor: Liponsäure.
Aerobe Glykolyse Reaktion 3 - Reaktion 3: Acetyl-Liponamid wird auf Ko-Enzym CoA übertragen.
Aerobe Glykolyse Reaktion 4 - Reaktion 4: Dihydroliponamid wird zu Liponamid regeneriert. Ko-Faktoren NAD+ und FAD (Flavin-Adenin-Dinukleotid) werden reduziert.
MRT FLAIR: Wernicke Enzephalopathie - Transversal-Schnitt aus einem MRT FLAIR: Abnormales hyperintenses Signal im dorsalen Thalamus, was sich als Wernicke-Enzephalopathie herausstellte.
“Nasse“ Beri Beri: Herzinsuffizienz - Herzinsuffizienz mit Ödemen wegen Thiaminmangel, auch als “nasse“ Beri Beri bekannt.
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