Citratzyklus
Der Citratzyklus (auch Citratsäurezyklus, Citronensäurezyklus oder Krebs-Zyklus genannt) ist eine Reihe biochemischer Reaktionen, die in lebenden Zellen ablaufen. Im Citratzyklus werden Kohlehydrate (einfache Zucker, z.B. Glukose) zu Energie, Kohlendioxid und Wasser abgebaut. Der Zyklus ist benannt nach Sir Hans Adolf Krebs (1900-1981), der 1953 den Nobelpreis für Medizin für seine Entdeckung metabolischer Abbauwege erhielt. Der Citratzyklus läuft in den Mitochondrien von Eukaryoten, sowie im Cytoplasma von Prokaryoten ab. Er ist Teil der Atmungskette aerober Organismen; Anaerobe Organismen verwenden andere Wege, z.B. Glykolyse und andere, nicht Sauerstoff-abhängige Fermentationsprozesse, um Energie zu gewinnen.
Der Citratsäurezyklus ist der zweite von drei Schritten im Kohlehydrat-Katabolismus (dem Abbau von Kohlenstoff-enthaltenden Verbindungen), zwischen Glykolyse und oxidativer Phosphorylierung. Citrat ist sowohl erstes als auch letztes Produkt des Zuklus (→Abbildung 1), und wird durch die Kondensation von Oxalacetat und Acetyl-CoA regeneriert. Dabei ist Acetyl-CoA ein Produkt eines vorangegangenen Zyklus, z.B. der Glykolyse, des Protein Katabolismus oder Fett Katabolismus (→Abbildung 2).
Abbildung 1 : Achematische Darstellung des Citratzyklus.
| Molekül | Enzym | Reaktionstyp | Rektionspartner/ Coenzyme |
Produkte/ Coenzyme |
|---|---|---|---|---|
| I. Citrat | 1. Aconitase | Dehydrierung | H2O | |
| II. cis-Aconitat | 2. Aconitase | Hydrierung | H2O | |
| III. Isocitrat | 3. Isocitrat Dehydrogenase | Oxidation | NAD+ | NADH+H+ |
| IV. Oxalosuccinat | 4. Isocitrat Dehydrogenase | Decarboxylierung | ||
| V. α-Ketoglutarat | 5. α-Ketoglutarat Dehydrogenase | Oxidative Decarboxylierung | NAD+ CoA-SH |
NADH+H+ CO2 |
| VI. Succinyl-CoA | 6. Succinyl-CoA Synthetase | Hydrolyse | GDP Pi |
GTP CoA-SH |
| VII. Succinat | 7. Succinat Dehydrogenase | Oxidation | FAD+ | FADH2 |
| VIII. Fumarat | 8. Fumerase | Addition (H2O) | H2O | |
| IX. L-Malat | 9. Malat Dehydrogenase | Oxidation | NAD+ | NADH+H+ |
| X. Oxaloacetat | 10. Citrat Synthetase | Kondensation | ||
| XI. Acetyl-CoA |
Die Summe aller Reaktionen im Citratzyklus ist :
- Acetyl-CoA-SH + 3NAD+ + FAD+ + ADP + Pi ⇒
CoA-SH + 3NADH + H+ + FADH2 + ATP + 2CO2
- Zwei Kohlenstoffatome werden zu CO2 oxidiert (Oxidation), und die Energie, die bei diesen Reaktionen frei wird, wird in ATP (ATP ist die "universelle Energiewährung" der Zelle) und in Reduktionsäquivalenten (NADH und FADH2) gespeichert und Kohlehydrate werden zu aktivierten Essigsäureresten abgebaut.
NADH und FADH2 sind Coenzyme (Koenzyme sind Moleküle, die Enzyme aktivieren oder deren Leistung verbessern), die Energie speichern und bei Bedarf wieder abgeben können. Die Gesamtenergie, die im Citratzyklus frei wird, entspricht 2 ATP, die Gesamtenergie aller vier Reaktionen der Atmungskette entspricht 38 ATP, jebeils pro eingesetztem Molekül Glukose.
| Datei:Citratzyklus Überblick.png |
Abbildung 2 : Schematische Darstellung der mit dem Citratzyklus assoziierten metabolischen Wege.
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