ACETYL-COENZYM A: STRUKTUR, BILDUNG UND FUNKTIONEN - BIOLOGIE - 2025

Das Acetyl-Coenzym A , abgekürzt Acetyl-CoA, ist ein Zwischenmolekül, das für verschiedene Stoffwechselwege von Lipid, Protein und Kohlenhydraten entscheidend ist. Seine Hauptfunktionen umfassen die Abgabe der Acetylgruppe an den Krebszyklus.

Der Ursprung des Acetyl-Coenzym-A-Moleküls kann auf verschiedenen Wegen erfolgen. Dieses Molekül kann sich innerhalb oder außerhalb der Mitochondrien bilden, je nachdem, wie viel Glukose sich in der Umgebung befindet. Ein weiteres Merkmal von Acetyl-CoA ist, dass bei seiner Oxidation Energie erzeugt wird.

Struktur

Coenzym A besteht aus einer β-Mercaptoethylamin-Gruppe, die durch eine Bindung an Vitamin B5, auch Pantothensäure genannt, verbunden ist. Ebenso ist dieses Molekül an ein 3'-phosphoryliertes Nucleotid-ADP gebunden. Eine Acetylgruppe (-COCH ₃ ) ist an diese Struktur gebunden.

Die chemische Formel dieses Moleküls lautet C ₂₃ H ₃₈ N ₇ O ₁₇ P ₃ S und es hat ein Molekulargewicht von 809,5 g / mol.

Ausbildung

Wie oben erwähnt, kann die Bildung von Acetyl-CoA innerhalb oder außerhalb der Mitochondrien stattfinden und hängt von den im Medium vorhandenen Glucosespiegeln ab.

Intramitochondrial

Wenn die Glucosespiegel hoch sind, wird Acetyl-CoA wie folgt gebildet: Das Endprodukt der Glykolyse ist Pyruvat. Damit diese Verbindung in den Krebszyklus eintritt, muss sie in Acetyl-CoA umgewandelt werden.

Dieser Schritt ist entscheidend, um die Glykolyse mit den anderen Prozessen der Zellatmung zu verbinden. Dieser Schritt findet in der mitochondrialen Matrix statt (bei Prokaryoten im Cytosol). Die Reaktion umfasst die folgenden Schritte:

- Damit diese Reaktion stattfinden kann, muss das Pyruvatmolekül in die Mitochondrien gelangen.

- Die Carboxylgruppe von Pyruvat wird entfernt.

- Anschließend wird dieses Molekül oxidiert. Letzteres beinhaltet den Übergang von NAD + zu NADH dank des Elektronenprodukts der Oxidation.

- Das oxidierte Molekül bindet an Coenzym A.

Die für die Herstellung von Acetyl-Coenzym A erforderlichen Reaktionen werden durch einen Enzymkomplex von signifikanter Größe katalysiert, der als Pyruvatdehydrogenase bezeichnet wird. Diese Reaktion erfordert die Anwesenheit einer Gruppe von Cofaktoren.

Dieser Schritt ist für den Prozess der Zellregulation von entscheidender Bedeutung, da hier die Menge an Acetyl-CoA bestimmt wird, die in den Krebszyklus gelangt.

Bei niedrigen Gehalten erfolgt die Herstellung von Acetyl-Coenzym A durch β-Oxidation von Fettsäuren.

Extramitochondrial

Wenn der Glukosespiegel hoch ist, steigt auch die Citratmenge an. Citrat wird durch das Enzym ATP-Citrat-Lyase in Acetyl-Coenzym A und Oxalacetat umgewandelt.

Im Gegensatz dazu wird CoA bei niedrigen Spiegeln durch Acetyl-CoA-Synthetase acetyliert. Ebenso dient Ethanol als Quelle für Kohlenstoffe zur Acetylierung mittels des Enzyms Alkoholdehydrogenase.

Eigenschaften

Acetyl-CoA ist in einer Reihe verschiedener Stoffwechselwege vorhanden. Einige davon sind wie folgt:

Zitronensäurezyklus

Acetyl CoA ist der Kraftstoff, der zum Starten dieses Zyklus benötigt wird. Acetyl-Coenzym A wird zusammen mit einem Molekül Oxalessigsäure zu Citrat kondensiert, eine Reaktion, die durch das Enzym Citrat-Synthase katalysiert wird.

Die Atome dieses Moleküls setzen ihre Oxidation fort, bis sie CO _{2 bilden} . Für jedes Molekül Acetyl-CoA, das in den Zyklus eintritt, werden 12 ATP-Moleküle erzeugt.

Fettstoffwechsel

Acetyl CoA ist ein wichtiges Produkt des Lipidstoffwechsels. Damit ein Lipid ein Acetyl-Coenzym-A-Molekül wird, sind die folgenden enzymatischen Schritte erforderlich:

- Fettsäuren müssen „aktiviert“ sein. Dieser Prozess besteht aus der Fettsäurebindung an CoA. Dazu wird ein ATP-Molekül gespalten, um die Energie bereitzustellen, die diese Vereinigung ermöglicht.

- Die Oxidation von Acyl-Coenzym A findet insbesondere zwischen den α- und β-Kohlenstoffen statt. Das Molekül heißt nun Acyl-a-enoyl-CoA. Dieser Schritt beinhaltet die Umwandlung von FAD zu FADH ₂ (nimmt die Wasserstoffatome auf).

- Die im vorherigen Schritt gebildete Doppelbindung erhält ein H am Alpha-Kohlenstoff und ein Hydroxyl (-OH) am Beta.

- β-Oxidation tritt auf (β, weil der Prozess auf der Ebene dieses Kohlenstoffs stattfindet). Die Hydroxylgruppe wandelt sich in eine Ketogruppe um.

- Ein Molekül Coenzym A spaltet die Bindung zwischen den Kohlenstoffen. Diese Verbindung ist an die verbleibende Fettsäure gebunden. Das Produkt ist ein Molekül Acetyl-CoA und eines mit zwei weniger Kohlenstoffatomen (die Länge der letzten Verbindung hängt von der Anfangslänge des Lipids ab. Wenn es beispielsweise 18 Kohlenstoffe hätte, wären das Ergebnis 16 Endkohlenstoffe).

Dieser vierstufige Stoffwechselweg: Oxidation, Hydratation, Oxidation und Thiolyse, der wiederholt wird, bis zwei Moleküle Acetyl-CoA als Endprodukt verbleiben. Das heißt, alle Säuren werden zu Acetyl-CoA.

Es sei daran erinnert, dass dieses Molekül der Hauptbrennstoff des Krebszyklus ist und in ihn gelangen kann. Energetisch produziert dieser Prozess mehr ATP als der Kohlenhydratstoffwechsel.

Synthese von Ketonkörpern

Die Bildung von Ketonkörpern erfolgt aus einem Molekül Acetyl-Coenzym A, einem Produkt der Lipidoxidation. Dieser Weg wird Ketogenese genannt und kommt in der Leber vor; Insbesondere kommt es in den Mitochondrien von Leberzellen vor.

Ketonkörper sind ein heterogener Satz wasserlöslicher Verbindungen. Sie sind die wasserlösliche Version von Fettsäuren.

Seine grundlegende Rolle besteht darin, als Brennstoffe für bestimmte Gewebe zu fungieren. Insbesondere in Fastenstadien kann das Gehirn Ketonkörper als Energiequelle aufnehmen. Unter normalen Bedingungen verwendet das Gehirn Glukose.

Glyoxylatzyklus

Dieser Weg findet in einer speziellen Organelle statt, die als Glyoxysom bezeichnet wird und nur in Pflanzen und anderen Organismen wie Protozoen vorhanden ist. Acetyl-Coenzym A wird in Succinat umgewandelt und kann wieder in den Krebs-Säure-Zyklus eingebaut werden.

Mit anderen Worten, dieser Weg ermöglicht es, bestimmte Reaktionen des Krebszyklus zu überspringen. Dieses Molekül kann in Malat umgewandelt werden, das wiederum in Glucose umgewandelt werden kann.

Tiere haben nicht den Stoffwechsel, der zur Durchführung dieser Reaktion erforderlich ist. Daher können sie diese Zuckersynthese nicht durchführen. Bei Tieren werden alle Acetyl-CoA-Kohlenstoffe zu CO ₂ oxidiert , was für einen Biosyntheseweg nicht nützlich ist.

Das Endprodukt des Fettsäureabbaus ist Acetyl-Coenzym A. Daher kann diese Verbindung bei Tieren nicht zur Synthese wieder eingeführt werden.

Verweise

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