Glyoxylatzyklus

Der Glyoxylatzyklus gehört zu den anabolen Stoffwechselwegen und wird als eine Variation des Citratzyklus Citratzyklus Citratzyklus: die Drehscheibe des Stoffwechsels angesehen. Der Citratzyklus Citratzyklus Citratzyklus: die Drehscheibe des Stoffwechsels tritt in Pflanzen, Bakterien und Pilzen auf und wandelt Acetyl-CoA Acetyl-CoA Citratzyklus: die Drehscheibe des Stoffwechsels in Succinat um. Es wurde bisher angenommen, dass der Glyoxylatzyklus bei Tieren aufgrund des Fehlens der Enzyme Enzyme Grundlagen der Enzyme Isocitratlyase und Malatsynthase nicht vorhanden ist; diese Hypothese wird jedoch untersucht. Der Glyoxylatzyklus findet in Glyoxysomen statt, bei denen es sich um spezialisierte Peroxisomen handelt. Im Glyoxylatzyklus gibt es keine Decarboxylierungsreaktionen. Der Glyoxylatzyklus ermöglicht es den Zellen, 2 Kohlenstoffeinheiten des Acetats zu verwenden und sie in Succinat mit 4 Kohlenstoffeinheiten für die Energieproduktion und Biosynthese umzuwandeln. Darüber hinaus produziert jeder Durchlauf des Zyklus ein Molekül FADH2 und NADH.

Aktualisiert: 04.07.2023

Redaktionelle Verantwortung: Stanley Oiseth, Lindsay Jones, Evelin Maza

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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

Pilze

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:
  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.
Der Glyoxylat-Zyklus
Glyoxylatzyklus

Bild von Lecturio.

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:

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.

Tabelle: Hauptunterschiede zwischen dem Glyoxylatzyklus und dem Citratzyklus Citratzyklus Citratzyklus: die Drehscheibe des Stoffwechsels
Glyoxylatzyklus Citratzyklus Citratzyklus Citratzyklus: die Drehscheibe des Stoffwechsels
Ort Glyoxysomen von Pflanzen, Pilzen und möglicherweise Wirbeltieren Mitochondrien von Tieren
Anzahl Kohlenstoffe Einspeisung von 4 Kohlenstoffen Einspeisung von 2 Kohlenstoffen
Freigesetzte CO2-Moleküle Keine 2
Anzahl oxidativer Reaktionen 2 4
Pro Zyklus produzierte Energie
  • 1 NADH
  • 1 FADH2
  • 3 NADH
  • 1 FADH2
  • 1 GTP
Nettoglukosesynthese Nettosynthese von Glukose durch Bildung von 1 zusätzlichem Oxalacetat-Molekül Keine Nettosynthese von Glukose
FADH2 : Flavin-Adenin-Dinukleotid
GTP: Guanosintriphosphat

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.

Quellen

  1. Berg, J.M., Tymoczko, J.L., Stryer, L. (2002). The Glyoxylate Cycle Enables Plants and Bacteria to Grow on Acetate.
  2. Ahern, K., Rajagopal, I., Tan, T. (Eds.) (2019). Citric Acid Cycle & Related Pathways. In Ahern, K., et al. (Ed.) Biochemistry Free For All. Libre Texts. https://bio.libretexts.org/Bookshelves/Biochemistry/Book%3A_Biochemistry_Free_For_All_(Ahern_Rajagopal_and_Tan)/06%3A_Metabolism/6.02%3A_Citric_Acid_Cycle__Related_Pathways
  3. Bruce, D. (2001). Glyoxylate Cycle as Drug Target? Genome Biol 2, spotlight-20010710-01. https://link.springer.com/article/10.1186/gb-spotlight-20010710-01
  4. Cheah, H.L., Vuanghao, L., Sandai, D. (2014). Inhibitors of the Glyoxylate Cycle Enzyme ICL1 in Candida albicans for Potential Use as Antifungal Agents. https://www.researchgate.net/publication/261997138
  5. Universität Frankfurt. Abgerufen am 31.05.2022. https://www.biochem.uni-frankfurt.de/fileadmin/user_upload/courses_practicals/BCI_2010_02_Glyoxysomen.pdf

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Comenius-Award 2019

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Simon Veiser

Simon Veiser beschäftigt sich seit 2010 nicht nur theoretisch mit IT Service Management und ITIL, sondern auch als leidenschaftlicher Berater und Trainer. In unterschiedlichsten Projekten definierte, implementierte und optimierte er erfolgreiche IT Service Management Systeme. Dabei unterstützte er das organisatorische Change Management als zentralen Erfolgsfaktor in IT-Projekten. Simon Veiser ist ausgebildeter Trainer (CompTIA CTT+) und absolvierte die Zertifizierungen zum ITIL v3 Expert und ITIL 4 Managing Professional.

Dr. Frank Stummer

Dr. Frank Stummer ist Gründer und CEO der Digital Forensics GmbH und seit vielen Jahren insbesondere im Bereich der forensischen Netzwerkverkehrsanalyse tätig. Er ist Mitgründer mehrerer Unternehmen im Hochtechnologiebereich, u.a. der ipoque GmbH und der Adyton Systems AG, die beide von einem Konzern akquiriert wurden, sowie der Rhebo GmbH, einem Unternehmen für IT-Sicherheit und Netzwerküberwachung im Bereich Industrie 4.0 und IoT. Zuvor arbeitete er als Unternehmensberater für internationale Großkonzerne. Frank Stummer studierte Betriebswirtschaft an der TU Bergakademie Freiberg und promovierte am Fraunhofer Institut für System- und Innovationsforschung in Karlsruhe.

Sobair Barak

Sobair Barak hat einen Masterabschluss in Wirtschaftsingenieurwesen absolviert und hat sich anschließend an der Harvard Business School weitergebildet. Heute ist er in einer Management-Position tätig und hat bereits diverse berufliche Auszeichnungen erhalten. Es ist seine persönliche Mission, in seinen Kursen besonders praxisrelevantes Wissen zu vermitteln, welches im täglichen Arbeits- und Geschäftsalltag von Nutzen ist.

Wolfgang A. Erharter

Wolfgang A. Erharter ist Managementtrainer, Organisationsberater, Musiker und Buchautor. Er begleitet seit über 15 Jahren Unternehmen, Führungskräfte und Start-ups. Daneben hält er Vorträge auf Kongressen und Vorlesungen in MBA-Programmen. 2012 ist sein Buch „Kreativität gibt es nicht“ erschienen, in dem er mit gängigen Mythen aufräumt und seine „Logik des Schaffens“ darlegt. Seine Vorträge gestaltet er musikalisch mit seiner Geige.

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Holger Wöltje ist Diplom-Ingenieur (BA) für Informationstechnik und mehrfacher Bestseller-Autor. Seit 1996 hat er über 15.800 Anwendern in Seminaren und Work-shops geholfen, die moderne Technik produktiver einzusetzen. Seit 2001 ist Holger Wöltje selbstständiger Berater und Vortragsredner. Er unterstützt die Mitarbeiter von mittelständischen Firmen und Fortune-Global-500- sowie DAX-30-Unternehmen dabei, ihren Arbeitsstil zu optimieren und zeigt Outlook-, OneNote- und SharePoint-Nutzern, wie sie ihre Termine, Aufgaben und E-Mails in den Griff bekommen, alle wichtigen Infos immer elektronisch parat haben, im Team effektiv zusammenarbeiten, mit moderner Technik produktiver arbeiten und mehr Zeit für das Wesentliche gewinnen.

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Alexander Plath ist seit über 30 Jahren im Verkauf und Vertrieb aktiv und hat in dieser Zeit alle Stationen vom Verkäufer bis zum Direktor Vertrieb Ausland und Mediensprecher eines multinationalen Unternehmens durchlaufen. Seit mehr als 20 Jahren coacht er Führungskräfte und Verkäufer*innen und ist ein gefragter Trainer und Referent im In- und Ausland, der vor allem mit hoher Praxisnähe, Humor und Begeisterung überzeugt.

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