Mikrobiologie

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Glykolyse

Die erste Hälfte der Glykolyse verwendet zwei ATP-Moleküle bei der Phosphorylierung von Glucose, die dann in zwei Drei-Kohlenstoff-Moleküle aufgeteilt wird.
Diagramm der ersten Hälfte der Glykolyse. Glukose ist ein 6 Kohlenstoffzucker; Es ist ein Sechseck mit einem Sauerstoff in einer der Ecken und dem sechsten Kohlenstoff außerhalb des Rings. Schritt 1: Hexokinase nimmt ein Phosphat aus ATP und fügt es Glucose hinzu, um Glucose-6-Phosphat (eine lineare Struktur mit einer Phosphatgruppe an Kohlenstoff 6) zu erzeugen. ADP ist ein weiteres Produkt dieser Reaktion. Schritt 2: Phosphoglucose-Isomerase wandelt Glucose-6-phosphat in Fructose-6-phosphat um, indem der doppelt gebundene Sauerstoff von Kohlenstoff 1 zu Kohlenstoff 2 bewegt wird. Schritt 3: Phosphofrutokinase bewegt ein Phosphat von ATP zu Fructose-6-phosphat, um Fructose-1,6,-Diphosphat zu produzieren. Dies ist ein Fructosemolekül mit Phosphatgruppen an den Kohlenstoffen 1 und 6. ADTP ist ein weiteres Produkt dieser Reaktion. Schritt 4: Aldolase spaltet Fructose-1,6-biphosphat in zwei Hälften, um Glyceraldehyd-3-phosphat (ein 3-Kohlenstoffmolekül mit einem doppelt gebundenen Sauerstoff an Kohlenstoff 1 und einem Phosphat an Kohlenstoff 3) und Dihydroxyaceton-phosphat (das eine Phosphatgruppe an Kohlenstoff 1 und einen doppelt gebundenen Sauerstoff an Kohlenstoff 2 aufweist) zu erzeugen. Schritt 5: Triosephosphat-Isomerase wandelt zwischen Dihydroxyaceton-Phosphat und Glyceraldehyd-3-Phosphat um.

Die zweite Hälfte der Glykolyse beinhaltet die Phosphorylierung ohne ATP-Investition (Schritt 6) und produziert zwei NADH- und vier ATP-Moleküle pro Glucose.
Diagramm der zweiten Hälfte der Glykolyse. Alle folgenden Schritte passieren zweimal. Schritt 6: Glyceraldehyd-3-phosphat-Dehydrogenase wandelt Glyceraldehyd-3-phosphat (ein 3-Kohlenstoffmolekül mit einem doppelt gebundenen Sauerstoff an Kohlenstoff 1 und einem Phosphat an Kohlenstoff 3) in 1,3-Bisphosphoglycerat (ein Molekül mit Phosphaten an Kohlenstoff 1 und 3) um. Das zugesetzte Phosphat ist ein anorganisches Phosphat (pi) und dieser Prozess erfordert auch die Umwandlung von NAD + zu NADH und H +. Schritt 7: Phosphoglyceratkinase entfernt ein Phosphat aus 1,3-Bisphosphoglycerat und fügt es ADP hinzu, um ATP und 3-Phosphoglycerat (ein Molekül mit einer Phosphatgruppe an Kohlenstoff 3 und einer Carboxylgruppe an Kohlenstoff 1) zu produzieren. Schritt 8: Phosphoglycerat-Mutase wandelt 3-Phosphoglycerat in 2-Phosphoglycerat um, das eine Carboxylgruppe an Kohlenstoff 1, eine Phosphatgruppe an Kohlenstoff 2 und ein OH an Kohlenstoff 3 aufweist. Schritt 9: Enolase wandelt 2-Phosphoglycerat in Phosphoenolpyruvat (PEP) um, indem es den Sauerstoff aus Kohlenstoff 3 entfernt (und Wasser erzeugt). Schritt 10: Die Pyruvatkinase wandelt PEP in Pyruvat um, indem sie die Phosphatgruppe entfernt und zu ADP hinzufügt, um ATP zu produzieren. Pyruvat ist ein 3-Kohlenstoffmolekül mit einem Carboxyl an Kohlenstoff 1 und einem doppelt gebundenen Sauerstoff an Kohlenstoff 2.

Entner–Doudoroff–Weg

Der Entner-Doudoroff-Weg ist ein Stoffwechselweg, der Glukose in Ethanol umwandelt und ein ATP bindet.
D-Glucose ist ein 6-Kohlenstoffmolekül mit einem sechseckigen Ring, der an einer Ecke einen Sauerstoff enthält; Der sechste Kohlenstoff befindet sich außerhalb des Rings. ATP:D-Glucose-6-Phosphotransferase entfernt eine Phosphatgruppe aus ATP, um Beta-D-Glucose-6P zu produzieren, das eine Phosphatgruppe an Kohlenstoff 6 aufweist. ADP ist ein weiteres Produkt dieser Reaktion. Beta-D-Glucose-6-phosphat: NADP + 1-oxoreduktase wandelt Beta-D-glucose-6P in D-clucono-1,5,-Lacton-6-phosphat um. Dieses Molekül hat einen Sauerstoff an Kohlenstoff 1 anstelle einer OH-Gruppe. Diese Reaktion erzeugt auch NADH+ + H+ von NADP. Lactonohydrolase wandelt D-Glucono-1,5,-Lacton-6-phosphat in 6-phsopho-D-gluconat um (eine lineare Form mit der Phosphatgruppe an Kohlenstoff 6 und einem doppelt gebundenen Sauerstoff an Kohlenstoff 1). 6-phospho-D-gluconat-Hydrolyase wandelt 6-phsopho-D-gluconat in 2-dehydro-3-desoxy-D-gluconat-6P um, indem sie Kohlenstoff 2 einen doppelt gebundenen Sauerstoff zusetzt. P-2-Keto-3-desoxygluconat-Aldolase spaltet 2-Dehydro-3-desoxy-D-gluconat-6P in Pyruvat (ein 3-Kohlenstoffmolekül mit doppelt gebundenen Sauerstoffstoffen an den Kohlenstoffen 1 und 2) und Glyceraldehyd-3-phosphat (ein 3-Kohlenstoffmolekül mit einem doppelt gebundenen Sauerstoff an Kohlenstoff 1 und einer Phosphatgruppe an Kohlenstoff 3). Glyceraldeyhyd-3-phosphat kann in Pyruvat umgewandelt werden, indem das Phosphat entfernt und zu ADP hinzugefügt wird, um ATP zu produzieren. Diese Reaktion erzeugt auch NADH + H+ von NAD+. Pyruvat kann dann in Ethanol umgewandelt werden; Diese Reaktion erzeugt NAD + aus NADH + H +.

Der Pentose-Phosphat-Weg

Der Pentose-Phosphat-Weg, auch Phosphogluconat-Weg und Hexose-Monophosphat-Shunt genannt, ist ein Stoffwechselweg parallel zur Glykolyse, der NADPH und Fünf-Kohlenstoff-Zucker sowie Ribose-5-Phosphat, einen Vorläufer für die Synthese von Nukleotiden aus Glucose, erzeugt.
Schritt 1: Glucose-6-phosphate is a 6 carbon molecule in ring formation with a phosphate group at carbon 6. Step 2: Glucose 6-phosphate dehydrogenase converts glucose-6-phosphate to 6-P-gluconolactone thereby producing NADPH/H+ from NADP+. Step 3: Gluconolactonase converts 6-P-gluconolactone to 6-P-gluconate by hydrolysis. Step 4: 6-P-gluconate dehydrogenase converts 6-P-gluconate to ribulose 5-phosphate thereby producing NADPH/H+ from NADP+.

TCA Cycle

In this transition reaction, a multi-enzyme complex converts pyruvate into one acetyl (2C) group plus one carbon dioxide (CO2). Die Acetylgruppe ist an ein Coenzym gebunden, einen Träger, der die Acetylgruppe an die Stelle des Krebszyklus transportiert. Dabei wird ein Molekül NADH gebildet.
Schritt 1: Eine Carboxylgruppe wird aus Pyruvat entfernt, wobei Kohlendioxid freigesetzt wird. Schritt 2: NAD+ wird zu NADH reduziert. Schritt 3: Eine Acetylgruppe wird auf Coenzym A übertragen, was zu Acetyl-CoA führt.

Im Zitronensäurezyklus ist die Acetylgruppe aus Acetyl-CoA an ein Oxalacetatmolekül mit vier Kohlenstoffatomen gebunden, um ein Citratmolekül mit sechs Kohlenstoffatomen zu bilden. Durch eine Reihe von Schritten wird Citrat oxidiert, wobei zwei Kohlendioxidmoleküle für jede Acetylgruppe freigesetzt werden, die in den Zyklus eingespeist wird. Dabei werden drei NADH, ein FADH2 und ein ATP oder GTP (je nach Zelltyp) durch Phosphorylierung auf Substratebene hergestellt. Da das Endprodukt des Zitronensäurezyklus auch der erste Reaktant ist, läuft der Zyklus kontinuierlich in Gegenwart ausreichender Reaktanten ab. (Kredit: modifikation der Arbeit von „Yikrazuul“ / Wikimedia Commons)
Acetyl-CoA ist ein 2-Kohlenstoffmolekül mit einer

Beta-Oxidation

Während der Fettsäureoxidation können Triglyceride in 2C-Acetylgruppen zerlegt werden, die in den Krebszyklus gelangen und bei niedrigem Glukosespiegel als Energiequelle verwendet werden können.
Beginnend mit einer Fettsäure (einer langen Kohlenstoffkette). Schritt 1: Die Umwandlung einer Fettsäure in ein fettes Acylcarnitin ermöglicht den Transport durch die Mitochondrienmembranen. Das Bild zeigt die Entfernung des OH vom Ende der Fettsäure und die Zugabe eines Co-A-S an seiner Stelle. Schritt 2: Fetthaltiges Acyl-CoA wird in Beta-Ketoacyl-CoA umgewandelt, das in Acyl-CoA und Acetyl-CoA gespalten wird. Das Co-A-SH wird entfernt. Wasserstoff wird aus den Kohlenstoffen 2 und 3 entfernt, um eine Doppelbindung zwischen diesen Kohlenstoffen zu bilden. Dies erzeugt auch FADH2 Form FAD +. Als nächstes wird das Trans-Enoyl-CoA durch Beta-Kohlenstoffoxidation und Zugabe von Wasser umgewandelt. Dies erzeugt L-3-Hydroxyacyl CoA (ein Molekül, in dem diese Doppelbindungen wieder gebrochen werden). Als nächstes wird Beta-Ketoacyl-CoA hergestellt (das einen zusätzlichen doppelt gebundenen Sauerstoff zu Kohlenstoff 3 aufweist). Dieses Verfahren erzeugt auch FADH2 aus FAD +. Als nächstes wird Beta-Ketoacyl-CoA in Acetyl-CoA (eine 2-Kohlenstoffkette) und Acyl-CoA (mit einer verkürzten Kohlenstoffkette) gespalten. Schließlich tritt Acetyl-CoA in den Krebs-Zyklus ein.

Oxidative Phosphorylierung

Die Elektronentransportkette ist eine Reihe von Elektronenträgern und Ionenpumpen, mit denen H + -Ionen über eine Membran gepumpt werden. H + fließt dann über die ATP-Synthase zurück durch die Membran, die die Bildung von ATP katalysiert. Der Ort der Elektronentransportkette ist die innere Mitochondrienmatrix in eukaryotischen Zellen und die Zytoplasmamembran in prokaryotischen Zellen.
Die innere Membran der Mitochondrien ist dargestellt. Auf der Membran befinden sich eine Reihe von Proteinen in einer Reihe und ein großes Protein auf einer Seite. In der inneren Mitochondrienmatrix ist die Gesamtgleichung, die 2 freie Wasserstoffionen + 2 austretende Elektronen + ½ eines O2-Moleküls Wasser erzeugt. Dies geschieht zweimal. Das Diagramm zeigt 2 Elektronen am ersten Protein in der Kette. Diese Elektronen entstehen durch die Spaltung von NADH zu NAD+. Die Elektronen werden dann zum nächsten Protein in der Kette und entlang der Linie von 5 Proteinen in der Elektronentransportkette bewegt. Elektronen können auch an die Kette des zweiten Proteins durch die Spaltung von FADH2 in FAD + angehängt werden. Wenn die Elektronen durch Proteine geleitet werden, werden 1, 3 und 5 Protonen (H +) über die Membran gepumpt. Diese Protonen können dann über die ATP-Synthase zurück in die Mitochondrienmatrix fließen. Wenn sie durch die ATP-Synthase fließen, ermöglichen sie die Produktion von ATP aus ADP und PO4,3-.

Calvin-Benson-Zyklus

Der Calvin-Benson-Zyklus besteht aus drei Phasen. In Stufe 1 baut das Enzym RuBisCO Kohlendioxid in ein organisches Molekül, 3-PGA, ein. In Stufe 2 wird das organische Molekül mit von NADPH gelieferten Elektronen reduziert. In Stufe 3 wird RuBP, das Molekül, das den Zyklus startet, regeneriert, damit der Zyklus fortgesetzt werden kann. Es wird jeweils nur ein Kohlendioxidmolekül eingebaut, so dass der Zyklus dreimal abgeschlossen werden muss, um ein einzelnes GA3P-Molekül mit drei Kohlenstoffatomen und sechsmal zu erzeugen, um ein Glucosemolekül mit sechs Kohlenstoffatomen zu erzeugen.
Schritt 1: Kohlenstofffixierung. Drei Moleküle CO2 gelangen in den Kreislauf. Rubisco kombiniert sie mit 3 Molekülen RUBP (ein 5-Kohlenstoffmolekül mit einer Phosphatgruppe an beiden Enden. Dies erzeugt 6 Moleküle 3-PGA (ein 3-Kohlenstoffmolekül mit einem Phosphat an Kohlenstoff 3. Schritt 2: Reduktion von 3-PGA. Die 3-PGA-Moleküle werden durch Entfernen eines der Sauerstoffstoffe an Kohlenstoff 1 in 6 Moleküle GA3P umgewandelt. Dieser Prozess verwendet auch 6 Moleküle ATP (ADP produzierend) und 6 Moleküle NADPH (NADP+ + H+ produzierend). Schritt 3: Regeneration von RuBP. Fünf der 6 Moleküle GA3P werden in 3 Moleküle RuBP umgewandelt. Das sechste Ga3P wird in ½ Molekül Glucose (C6H12O6) umgewandelt. Die Produktion von ADP verwendet auch 3 ATP (Herstellung von 2 ADP). Dies bringt uns zurück an die Spitze des Zyklus.

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