Acetyl-CoA (Deutsch)
Definition
Acetyl-CoA oder Acetyl-Coenzym A ist eine Komponente der Zellatmung (Energieumwandlung), die biochemischen Reaktionen Acetylgruppen hinzufügt. Diese Reaktionen werden bei der Metabolisierung von Proteinen, Kohlenhydraten und Lipiden verwendet, die Energiequellen in Form von Adenosintriphosphat (ATP), Milchsäure und Ketonkörpern liefern. Neuere Forschungen zeigen, dass Acetyl-CoA auch eine wichtige regulatorische Rolle in intrazellulären Mechanismen spielt. Es ist auch wichtig für die Energieerzeugung beim Fasten oder Verhungern.,
Acetyl-CoA-Bildung
Die Acetyl-CoA-Bildung erfolgt innerhalb oder außerhalb der Zellmitochondrien. Als Metabolit (ein Stoff, der für den Stoffwechsel notwendig ist) muss Acetyl-CoA frei verfügbar sein. Es kann über den Katabolismus (Abbau) von Kohlenhydraten (Glukose) und Lipiden (Fettsäuren) hergestellt werden. Seine primäre Aufgabe ist es, die Kohlenstoffatome in Acetyl auf andere Moleküle zu übertragen.
Die Bestandteile von Acetyl co-A sind nicht überraschend Acetyl und Coenzym A. Eine Acetylgruppe wird durch die chemische Formel CH3CO dargestellt., Acetyl wird durch den Abbau von Pyruvat, einem Kohlenhydratderivat, produziert. Wenn Pyruvat zerfällt, produziert es kleine gebundene Kohlenstoffmoleküle (C2). Wenn sie mit CoA reagieren, wird das kombinierte Molekül Acetyl-CoA.
Coenzym A ist ein Cofaktor-es unterstützt ein Enzym, um einen Effekt zu erzielen. Co-A wird durch die Einnahme von Vitamin B5 (Pantothensäure oder Pantothenat) produziert., Natürliche Quellen für dieses Vitamin sind Kohl und Brokkoli, Vollkornprodukte und Kartoffeln. Die chemische Formel von Coenzym A ist C23H38N7O17P3S.
Viele Arten von Darmbakterien stellen Pantothenat aus bestimmten Aminosäuren her. Wenn der Pantothenatspiegel im Körper niedrig ist, sind auch die CoA-und Acetyl-CoA-Spiegel niedrig. Da sich die CoA-Produktion mit anderen vitaminproduzierenden Wegen überschneidet, können diese auch die Verfügbarkeit von CoA und Acetyl-CoA beeinflussen. Beispiele für konkurrierende Vitamine sind Folsäure und Thiamin.,
Acetyl-bindet mit Coenzym A unter kontrollierten Umständen. Diese Bildungspfade werden in den folgenden Abschnitten näher beschrieben. Grundkenntnisse des Krebszyklus oder Zitronensäurekreislaufs sind äußerst hilfreich, wenn Sie etwas über Acetyl-CoA lernen.
Acetyl-CoA-Bildung Über Glukose
Acetyl-CoA-Bildung tritt am häufigsten während der Glukose-Katabolismus., Nachdem Kohlenhydrate durch Verdauungsenzyme abgebaut wurden, kann die erste Stufe des zellulären Glukosestoffwechsels oder der Glykolyse beginnen. Glykolyse ist der Abbau von Glukosemolekülen. Dieser Mechanismus findet im zytosol der Zelle. Im folgenden Bild ist die Glykolyse in der violetten Box dargestellt.,
Vereinfacht ausgedrückt erzeugt eine Glykolysereaktion zwei Wasserstoffionen, einen Gesamtgewinn von zwei ATP-Molekülen und jeweils zwei Wasser-und Pyruvatmoleküle aus einem einzelnen Glukosemolekül (C₆h₁₂o₆).
C6 glucose wird zu zwei C3-Moleküle Pyruvat. Die vollständige chemische Formel für Pyruvat lautet C3H3O3 – wenn Sie sich die beiden chemischen Formeln Pyruvat und Glucose ansehen, wurde die Glucose fast halbiert., Während der Glykolysereaktion wurden Wasserstoffatome freigesetzt.
Der zweite Schritt des Glukosestoffwechsels hängt von der Anwesenheit oder Abwesenheit von Sauerstoff oder der Fähigkeit der Zellen ab, ihn zu verwenden. Wenn kein oder nur begrenzter Sauerstoff verfügbar ist, durchläuft Pyruvat einen anaeroben Weg, der zur Milchsäureproduktion führt (anaerobe Atmung).,
Aerobe Atmung (Energieproduktion in Gegenwart von Sauerstoff) sendet jedoch Pyruvat in den Zitronensäurekreislauf. Der Zitronensäurekreislauf, auch bekannt als Tricarbonsäure (TCA) – Zyklus oder Krebs-Zyklus, ist der Grundstein der intrazellulären Energieproduktion.
Der Eintritt in den aeroben Zyklus kann erst nach drei Vorbereitungsschritten erfolgen., Erstens werden die beiden Pyruvatmoleküle (C3) einer oxidativen Phosphorylierung (Elektronenaustausch) unterzogen. Dieser Schritt beinhaltet kein Acetyl-CoA.
Zweitens wandelt eine Energie freisetzende Phase ADP in vier ATP-Moleküle um. Auch hier ist kein Acetyl-CoA erforderlich.
Der dritte Schritt ist die Umwandlung von Pyruvat in Acetyl und die anschließende Bindung von Acetyl mit verfügbarem Coenzym A. Erst wenn diese drei Ereignisse stattgefunden haben, kann der nächste Schritt – der Krebs – Zyklus-fortgesetzt werden.,
Die Umwandlung von Pyruvat zu Acetyl-CoA ist auch ein dreistufiges Verfahren namens Pyruvat oxidative Decarboxylierung. Dieser Weg findet innerhalb der Zellmitochondrien statt; Pyruvatmoleküle gelangen über den aktiven Transport in die Mitochondrien.
Zunächst wird eine negativ geladene Carboxylatanionengruppe (COO−) aus Pyruvat (C3H4O3) durch das Enzym Pyruvatdehydrogenase zu Kohlendioxid (CO2) entfernt. Pyruvat ist jetzt C2H3O oder Acetyl geworden.,
Zweitens hilft die negative Ladung der Carboxylatanionengruppe bei Cofaktorreaktionen (NAD+ – und NADH-Reaktionen). Wenn Sie mit dem Krebszyklus vertraut sind, wissen Sie, dass diese beiden Cofaktoren eine äußerst wichtige Rolle bei der Energieerzeugung spielen.
Der letzte Schritt der oxidativen Decarboxylierung von Pyruvat ist die Bindung von Coenzym A an Acetyl. Diese hochenergetische und sehr reaktive Bindung bildet sich zwischen der Acetylgruppe und dem Schwefel von Coenzym A zu Acetyl-CoA. Dieses Molekül kann nun direkt zum Zitronensäurekreislauf beitragen.,
Der Zitronensäurezyklus bildet und regeneriert ständig Coenzym A und Acetyl-CoA. Ein einzelnes Molekül Acetyl-CoA produziert 10 bis 12 ATP-Moleküle. Wenn die Acetylgruppe aus Acetyl-CoA freigesetzt wurde, hilft das verbleibende Coenzym A bei der Umwandlung von Pyruvat in Acetyl-CoA, bevor es wieder in den Zitronensäurekreislauf eintritt.,
Acetyl-CoA-Bildung durch Fettsäuren
Acetyl-CoA-Bildung soll auch über Fettsäurekatabolismus erfolgen; Es versteht sich jedoch jetzt, dass dieses Acetyl-CoA ein Produkt des Kohlenhydratstoffwechsels ist. Da Acetyl-CoA in Lipide umgewandelt werden kann und umgekehrt, wird es manchmal mit einer separaten Rolle verwechselt; seine wahre Rolle ist als Monosaccharid (Glukose) Metabolismus Katalysator.
Im Fettstoffwechsel werden aufgenommene Triglyceride in ihre kleinsten formfreien Fettsäuren zerlegt; diese werden in den Blutkreislauf transportiert., Fettzellen (Adipozyten) im Fettgewebe binden diese Fettsäuren mit Glycerin und speichern sie als Triglyceridketten, um als Backup-Energiequelle zu dienen. Wenn Kohlenhydratquellen niedrig sind, kann Energie aus Fett gewonnen werden.
Dies beinhaltet die Lipolyse von Triglyceriden in negativ geladene Fettsäuren und Glycerin. Oxidationsreaktionen (Zugabe von Sauerstoff) von Fettsäuren bilden Fettacyl CoA-nicht Acetyl CoA. Hier liegt die Verwirrung., Der Körper kann Acyl CoA nicht im Krebszyklus verwenden. Es muss in Acetyl-CoA umgewandelt werden.
Die Umwandlung von Fettacyl-CoA in Acetyl-CoA erfolgt innerhalb der Mitochondrien und erfordert das Enzym Acyl-CoA-Dehydrogenase und eine ganze Reihe von Reaktionen, die so lange andauern, bis alle Kohlenstoffe in der Fettsäurekette in Acetyl-CoA-Moleküle umgewandelt wurden. Diese können dann in den Krebszyklus eintreten. ATP-Erträge aus Fettsäuren sind viel niedriger als die von Monosacchariden – nur 14 bis 36 Kohlenhydrate.,
Acetyl-CoA-Struktur
Acetyl-CoA-Struktur besteht aus einer Transport-Coenzym-Gruppe und einer angehängten Acetyl-Gruppe. Ein Coenzym unterstützt ein Enzym beim Abbau einer Reihe biologischer Moleküle.
Acetylgruppen enthalten zwei Kohlenstoffeinheiten und haben die chemische Formel C2H3O.Sie bestehen aus einer Methylgruppe (CH3), die über eine einzelne Bindung an eine doppelt gebundene Carbonylgruppe (CO) gebunden ist.,
In Acetyl-CoA bindet sich die Acetylgruppe an Coenzym A. Coenzym A ist ein Molekül, das aus Beta-Mercaptoethylamin, Pantothensäure (einem essentiellen Vitamin), Phosphat und, und Adenosindiphosphat (ADP). Der Coenzymteil ist ein Transporter für die Acetylgruppe. Es bringt die Acetylgruppe an die richtige Stelle und ermöglicht der Acetylgruppe, zwei Kohlenstoffatome auf andere Substanzen innerhalb des Zitronensäurekreislaufs zu übertragen.,
Acetyl-CoA in der Gluconeogenese
Gluconeogenese ist in einfachen Worten Glykolyse in umgekehrter Richtung. Wenn der Glukosespiegel niedrig ist, z. B. in einer diabetischen hypoglykämischen Episode oder während des Hungers oder Langzeitfastens, kann der Körper Glukose aus nicht kohlenhydrathaltigen Quellen herstellen. Acetyl-CoA spielt eine wichtige regulatorische Rolle bei der Glukoneogenese. Die meisten Glukoneogenese tritt in den Zellen der Leber; kleinere Reaktionen finden in den Zellen der Nieren statt.,
Bei der Gluconeogenese muss Pyruvat zunächst unter dem Einfluss mehrerer Enzyme in Phosphoenol-Pyruvinsäure (PEP) umgewandelt werden. Acetyl-CoA reguliert diese Umwandlungsrate, da es direkt eines der vielen Enzyme steuert, die an diesem Schritt beteiligt sind-Pyruvatcarboxylase.
Rückmeldung über den Bedarf und die Versorgung des Körpers mit Energie wird auch über die Verfügbarkeit von Acetyl-CoA gegeben., Wenn Acetyl-CoA-Spiegel hoch sind, wird Pyruvat aus dem Zitronensäurekreislauf entfernt und gelagert.
Der nächste Schritt ist die Umwandlung von Fructose in eine Form von Glukose innerhalb des endoplasmatischen Retikulums der (Leber -) Zelle. Diese Glukose liefert zusätzliche, kostengünstige Energie und füllt auch verlorene Glykogenspeicher in der Leber auf. Vorbereitende Schritte werden befolgt, wie oben im Abschnitt Acetyl-CoA-Bildung über Glucose beschrieben.
Acetyl-Coenzym A: Zusätzliche Rollen
Acetyl-CoA hat viele zusätzliche Rollen., Dazu gehören Lipid -, Cholesterin-und Steroidsynthese, die die Quelle von Gallensalzen, Sexualhormonen, Aldosteron und Cortisol sind. Diese Chemikalien und Hormone unterstützen eine breite Palette von Verdauungs -, Fortpflanzungs-und Nervensystemfunktionen.
Ketonkörper, ein beliebtes Diskussionsthema in Foren zur Gewichtsreduktion, sind das Ergebnis von Hungererereignissen., Die Verfügbarkeit von Oxaloessigsäure ist innerhalb des Zitronensäurekreislaufs wichtig und direkt mit der Verfügbarkeit von Acetyl-CoA verbunden. Im Zitronensäurekreislauf verbindet sich Acetyl-CoA mit Oxaloessigsäure zu Zitronensäure.
Im Hungermodus oder in Zeiten von Hypoglykämie werden die Glykogenreserven aufgebraucht oder können nicht verwendet werden. Gluconeogenese-Glukosesynthese aus Fetten und Proteinen-ist notwendig. Wenn Oxaloessigsäure knapp ist, bildet Acetyl CoA stattdessen Ketonkörper (Ketogenese). Bei Ketonkörpern ist keine Oxaloessigsäure erforderlich.,
Es sind Ketonkörper, die im Atem von Menschen mit diabetischer Ketoazidose nachgewiesen werden können. Ketonkörper können Energie für die wichtigsten Organe (Herz, Nieren und Gehirn) liefern, wenn der Glukosespiegel niedrig ist.,
Diese Verwendung von Nicht-Glukose-Energiequellen ist auch die Grundlage für kohlenhydratarme Diäten wie die sehr kohlenhydratarme Atkins – Diät (die im Laufe der Jahre viele Kontroversen ausgelöst hat) und in jüngerer Zeit beworbene intermittierende Fastenstile, die Kohlenhydrate erlauben, aber Fasten von 12 bis 72 Stunden beinhalten. Die langfristigen Auswirkungen des intermittierenden Fastens müssen noch nachgewiesen werden, aber bisher scheinen die Ergebnisse positiv zu sein. Kohlenhydratarme Diäten scheinen widersprüchliche Beweise zu liefern., Diejenigen, die eine dieser Diäten in Betracht ziehen, sollten zuerst ihren Arzt konsultieren und sechsmonatige Blutuntersuchungen durchführen.
