Glyoxylatzyklus

Vorkommen und Funktion

Wirbeltiere

• 2 Enzyme Enzyme Grundlagen der Enzyme, die für den Glyoxylatzyklus benötigt werden, kommen bei Wirbeltieren nicht vor:
  • Isocitratlyase
  • Malatsynthase
• Der Glyoxylatzyklus kann bei einigen komplexen Vertebraten durch die Beteiligung ähnlicher Enzyme Enzyme Grundlagen der Enzyme stattfinden.
• Die Thematik ist jedoch experimentell und wird untersucht.

Pflanzen

• Samen können keine Fotosynthese betreiben, da ihnen Chloroplasten fehlen.
• Samen haben jedoch spezifische Peroxisomen, die Glyoxysomen, in denen der Glyoxylatzyklus stattfindet.
• Der Glyoxylatzyklus tritt in Samen während der Keimung auf:
  • In Samen gespeicherte Lipide Lipide Fettsäuren und Lipide können als Energiequelle für die Bildung von Kohlenhydraten für das Wachstum und die Entwicklung des Sprosses verwendet werden.
  • Acetat wird in Acetyl-CoA Acetyl-CoA Citratzyklus: die Drehscheibe des Stoffwechsels umgewandelt:
    • Acetyl-CoA Acetyl-CoA Citratzyklus: die Drehscheibe des Stoffwechsels wird als Kohlenstoff- und Energiequelle genutzt
    • Es wird zur Herstellung von NADPH verwendet, das die ATP-Synthese in der Elektronentransportkette Elektronentransportkette Atmungskette antreibt.

Pilze

• Der Glyoxylatzyklus bei Pilzen tritt hauptsächlich bei infektiösen Arten auf.
• Die Isocitratlyase- und Malatsynthase-Konzentration steigt bei Kontakt mit einem menschlichen Wirt.
• Der Glyoxylatzyklus spielt eine wichtige Rolle bei der Pathogenese von Mikroben:
  • Enzyme Enzyme Grundlagen der Enzyme, die am Glyoxylatzyklus teilnehmen, nehmen während einer pathogenen Phase zu.
  • Pilze, denen die Enzyme Enzyme Grundlagen der Enzyme fehlen, sind weniger pathogen.
• Der Mechanismus der Pathogenese dieses Zyklus bei Pilzen wird untersucht.
• Beispiele:
  • Mycobacterium tuberculosis Mycobacterium tuberculosis Tuberkulose (Bakterium)
  • Candida Candida Candida/Candidose albicans
  • Saccharomyces cerevisiae
  • Cryptococcus Cryptococcus Kryptokokkose/ Cryptococcus neoformans

Reaktionen, Ausbeute und Energiebilanz

Pflanzen, Pilze und Bakterien benötigen Kohlenhydrate Kohlenhydrate Chemie der Kohlenhydrate für die Energie- und Zellwandsynthese (z.B. Cellulose, Chitin und Glykane). Der Glyoxylatzyklus ermöglicht es Organismen, Kohlenhydrate Kohlenhydrate Chemie der Kohlenhydrate unter Verwendung von Acetyl-CoA Acetyl-CoA Citratzyklus: die Drehscheibe des Stoffwechsels aus der β-Oxidation von Fettsäuren Fettsäuren Fettsäuren und Lipide zu produzieren.

Reaktionen

1. Die Reaktionskette beginnt mit 2 Molekülen Acetyl-CoA Acetyl-CoA Citratzyklus: die Drehscheibe des Stoffwechsels.
2. Die Citratsynthase wandelt eines der Acetyl-CoA-Moleküle in Citrat um.
3. Citrat wird durch das Enzym Aconitase in Isocitrat umgewandelt.
4. Isocitrat wird in Glyoxylat und Succinat umgewandelt.
5. Succinat wird durch die Succinatdehydrogenase in Fumarat umgewandelt.
6. Der nächste Schritt beinhaltet die Bildung von 2 Malatmolekülen:
   • 1 Molekül Malat wird durch die Kombination von Acetyl-CoA Acetyl-CoA Citratzyklus: die Drehscheibe des Stoffwechsels und Glyoxylat gebildet.
   • Das 2. Molekül wird durch die Umwandlung von Fumarat in Malat in Gegenwart des Enzyms Fumarase gebildet.
7. Malatdehydrogenase wandelt 2 Malatmoleküle in 2 Oxalacetatmoleküle um.
8. 1 Molekül Oxalacetat Oxalacetat Citratzyklus: die Drehscheibe des Stoffwechsels wird in Citrat umgewandelt und 1 Molekül Oxalacetat Oxalacetat Citratzyklus: die Drehscheibe des Stoffwechsels wird für die Gluconeogenese Gluconeogenese Gluconeogenese verwendet.

Schlüsselenzyme

Die 2 am Glyoxylatzyklus beteiligten Schlüsselenzyme produzieren 2 Malatmoleküle, die wiederum 2 Oxalacetatmoleküle produzieren. Das überschüssige Oxalacetatmolekül wird in der Gluconeogenese Gluconeogenese Gluconeogenese zur Glukoseproduktion verwendet. Die 2 Schlüsselenzyme sind:

• Isocitratlyase: wandelt Isocitrat (enthält 6 Kohlenstoffatome) in Succinat (enthält 4 Kohlenstoffatome) und Glyoxylat um
• Malatsynthase: kombiniert Acetyl-CoA Acetyl-CoA Citratzyklus: die Drehscheibe des Stoffwechsels und Glyoxylat zu Malat

Zusammenfassung des Glyoxylatzyklus

• Input: 4 Kohlenstoffe in Form von 2 Acetyl-CoA-Molekülen
• Output: Jeder Durchlauf des Zyklus produziert 1 NADH, 1 Flavin-Adenin-Dinukleotid (FADH₂) und 2 Oxalacetatmoleküle.
• Setzt kein CO₂ frei
• Es treten 2 oxidative Reaktionen auf.
• Es gibt eine Nettosynthese von Glucose (aufgrund der Bildung eines zusätzlichen Oxalacetatmoleküls).

Energie Produktion

• Jeder Zyklus produziert 1 Molekül FADH₂ und 1 Molekül NADH.
• Anschließend produziert NADH 2,5 ATP und FADH₂ produziert 1,5 ATP, was insgesamt 4 ATP ergibt.

Hauptunterschiede zum Citratzyklus

Der Citratzyklus Citratzyklus Citratzyklus: die Drehscheibe des Stoffwechsels ist der wichtigste Soffwechselweg zur Energiegewinnung im Körper.

• Sowohl Citrat- als auch Glyoxylatzyklus verwenden Acetyl-CoA Acetyl-CoA Citratzyklus: die Drehscheibe des Stoffwechsels als Ausgangsprodukte. Die Ausgangspunkte der Zyklen unterscheiden sich aber:
  • Im Citratzyklus Citratzyklus Citratzyklus: die Drehscheibe des Stoffwechsels wird 1 NAD⁺-Molekül reduziert, um CO ₂ zu gewinnen.
  • Succinat wird im Glyoxylatzyklus hergestellt und zur Kohlenhydratsynthese verwendet.
• Die Zyklen treten in verschiedenen Organismen auf:
  • Der Glyoxylatzyklus kommt hauptsächlich in Pflanzen und Pilzen vor. Es gibt immer mehr Hinweise darauf, dass Wirbeltiere über die Enzyme Enzyme Grundlagen der Enzyme verfügen, die für den Glyoxylatzyklus notwendig sind.
  • Der Citratzyklus Citratzyklus Citratzyklus: die Drehscheibe des Stoffwechsels tritt bei Tieren auf.
• Citrat- und Glyoxylatzyklus haben 5 gemeinsame Enzyme Enzyme Grundlagen der Enzyme. Es gibt einige wichtige Unterschiede zwischen den Schritten, die zu unterschiedlichen Ergebnissen führen:
  • Isocitratlyase im Glyoxylatzyklus wandelt Isocitrat in Glyoxylat und Succinat um.
  • Moleküle im Citratzyklus Citratzyklus Citratzyklus: die Drehscheibe des Stoffwechsels werden decarboxyliert. Der Glyoxylatzyklus beinhaltet keine Decarboxylierungsreaktionen; so können Produkte aus dem Kreislauf zur Kohlenhydratsynthese verwendet werden.
• Im Citratzyklus Citratzyklus Citratzyklus: die Drehscheibe des Stoffwechsels wird mehr Energie produziert als im Glyoxylatzyklus.

Klinische Relevanz

Glyoxylatzyklus-Gene wurden in 2 Organismen identifiziert, die in Makrophagen Makrophagen Zellen des angeborenen Immunsystems überleben können: dem Bakterium M. tuberculosis und dem Pilz C. albicans. Enzyme Enzyme Grundlagen der Enzyme, die für das Durchlaufen des Glyoxylatzyklus benötigt werden, sind beim Menschen nicht vorhanden und sind daher ideale Angriffspunkte für neuartige Antibiotika.

• C. albicans: Ein opportunistischer Erreger, der beim Menschen eine Kandidose verursachen kann. Der Glyoxylatzyklus ermöglicht es C. albicans, in nährstoffarmen Umgebungen zu überleben; daher wurde das Enzym Isocitratlyase als Angriffspunkt identifiziert, um eine antimykotische Wirkung zu erzielen. Bei drei chemischen Verbindungen (Kaffeesäure, Rosmarinsäure und Apigenin) wurde festgestellt, dass sie eine antimykotische Aktivität gegen C. albicans aufweisen, wenn sie unter glukosearmen Bedingungen getestet wurden.
• M. tuberculosis: Ein säurefestes, fakultativ intrazelluläres Bakterium, das die als Tuberkulose Tuberkulose Tuberkulose bekannte Atemwegsinfektion verursacht. Der Glyoxylatzyklus in Mykobakterien wird untersucht, um mögliche Behandlungen für die Tuberkulose Tuberkulose Tuberkulose zu entwickeln.