EL-MO Elemente und Moleküle, Schulbuch

Vom Pyruvat zum Acetyl-Coenzym A 290 290 Die möglichen Wege des Pyruvat Das Endmolekül der Glycolyse ist das Pyruvat. Es ist ein ganz zentrales Molekül im Stoffwechsel. Von dort aus stehen mehrere Wege offen. c 1. Der Abbau zu AcCoA zur weiteren Energiegewinnung im Rahmen des aeroben Stoffwechsels c 2. Die Umwandlung in Lactat im Rahmen des anaeroben Stoffwechsels c 3. Die Neusynthese von Glucose bei Glucosemangel – Gluconeogenese Der aerobe Kohlenhydratabbau – Pyruvat zu AcCoA Wie schon im Einleitungskapitel 10.1 beschrieben, werden im „normalen“ Ener- giestoffwechsel (also im aeroben, schließlich sind wir Areobier und leben von der Oxidation der Nährstoffe durch Sauerstoff) die Kohlenhydrate zu AcCoA abgebaut. Man spricht bei diesem Weg auch von der aeroben Glycolyse, aber eigentlich ist die Glycolyse beim Pyruvat zu Ende, besser sollte man sagen die aerobe Pyruvatverwertung. Das Pyruvat wird unter Decarboxylierung mit NAD + (unter NADH . H + -Gewinn) zu Essigsäure oxidiert (oxidative Decarboxylierung). Würde das Pyruvat nur decar- boxyliert, so entstünde ein Aldehyd, in dem Fall Ethanal (durch H + -Aufnahme an der Decarboxylierungsstelle). Dieser wäre sehr leicht durch NAD + oxidier- bar, aber: Achtung, Aldehyd, Energieverschwendung vermeiden! Daher wird die Energie durch die Verknüpfung der entstehenden Säure mit Coenzym A gespei- chert. Es entsteht also gleich AcCoA. Dieses kann wie das aus der β -Oxidation der Fettsäuren im nächsten Schritt, dem Citratcyclus, weiterver-wertet werden. Dazu ist für den Organismus noch ein Problem zu lösen: Das Pyruvat befindet sich im Cytosol, die Umwandlung in AcCoA geschieht aber am Mitochondrium. Für die Passage durch die Mitochondrienmembran gibt es Transporter. Bei die- sem Vorgang muss pro Pyruvat auch ein H + -Ion mittransportiert werden, sonst würde das Puffersystem im Cytosol überfordert werden. Bei der Endverwer- tung des NADH in der Atmungskette wird wieder ein H + -Ion gebraucht. Bilanz Glucoseabbau bis zum AcCoA Im aeroben Weg wurden also pro Glucose 2 ATP, 4 NADH . H + (2 bei der Glyco- lyse, 2 bei der oxidativen Decarboxylierung der 2 Pyruvatmoleküle), 2 CO 2 und 2 AcCoA gebildet. Die Geschwindigkeit des aeroben Weges wird durch die Leistungsfähigkeit des Sauerstofftransportsystems begrenzt. Für die Glycolyse werden NAD + -Mo- leküle benötigt. Diese stehen nur zur Verfügung, wenn das daraus gebildete NADH . H + in der Atmungskette wieder oxidiert wird. Die Atmungskette kann nicht schneller ablaufen, als der dort benötigte Sauerstoff angeliefert wird. Wird mehr Energie in einer Zelle benötigt, als der Sauerstofftransport ermög- licht, muss die anaerobe Pyruvatverwertung einsetzen. Sie ist ein Weg zur Ab- deckung von Leistungsspitzen, aber auch zum Überbrücken von temporärem Sauerstoffmangel in der Zelle. Erythrozyten, die keine Mitochondrien besitzen, sind zur Gänze auf diesen Reaktionsweg angewiesen. Glucose Pyruvat Ethanol Lactat Acetyl-Coenzym A Citratcyclus Glycolyse aerob anaerob anaerob Abb. 290–1: Vom Pyruvat zum Acetyl-CoA AcCoA Glucose Pyruvat Glycolyse Lactat ATP Citratcyclus Atmungskette ATP Abb. 290–2: ATP-Produktion für die Muskelzelle C O 2 2 H H 3 C C O C O O S S OX H 3 C C O H S S RED H S H S RED CoA H S H 3 C C O CoA S NAD + NADH • H + Glycolyse Atmungs- kette Citrat- cyclus Pyruvat Acetyl- Coenzym A Decarboxylierung Oxidation RED OX ENZYM-KOMPLEX Die auf die Decarboxylierung folgende Oxi- dation liefert die Energie für die Bildung von NADH • H + . Dabei wird das Oxidations- mittel über einen Enzymkomplex regene- riert. Nur zu Prüfzw cken – Eigentum des Verlags öbv