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Citratzyklus


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Unter dem Begriff Citratzyklus (auch Zitratzyklus Tricarbonsäurezyklus oder Krebs-Zyklus genannt) fasst man eine Folge biochemischer zusammen die in lebenden Zellen ablaufen bei denen die Zitronensäure (Citrat) beteiligt ist die zum Zwecke Gewinnung von Reduktionsäquivalenten in andere organische Säuren umgewandelt wird.

In den Citratzyklus tritt als einfache Kohlenstoffverbindung das Abbauprodukt der Glukose oder einer Fettsäure die so genannte aktivierte Essigsäure (das heißt ein an ein Coenzym gebundener Essigsäure -Rest Acetyl-CoA) ein um im Zyklus vollständig Energie Kohlendioxid und Wasserstoff abgebaut zu werden.

Die Bezeichnung Krebs-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 Zellatmung und geht bei aeroben Organismen den eigentlichen Oxidationsprozessen innerhalb der Atmungskette voraus. Anaerobe Organismen verwenden zunächst die Abbauwege für energiereiche organische Substanzen z.B. die Glykolyse dann aber andere nicht Sauerstoff -abhängige Fermentationsprozesse um Energie zu gewinnen. Siehe Gärung .

Inhaltsverzeichnis

Stellung im Kohlehydrat-Katabolismus

Der Citratzyklus ist der dritte von Schritten im Kohlehydrat- Katabolismus (dem Abbau von energiereichen Kohlenstoff enthaltenden Verbindungen). Er findet nach der Glykolyse und der oxidativen Decarboxylierung und vor der Endoxidation ( Atmungskette ) statt also:
  Glykolyse  | V  oxidativen Decarboxylierung  | V Zitronensäurezyklus | V  Atmungskette   

Darstellung des Zitronensäurezyklus

Acetyl-CoA tritt in den Citratzyklus ein: Citrat ( I ) ist das erste Produkt des Zyklus 1) und wird durch die Kondensation von Oxalacetat ( X ) und dem Acetylrest des Acetyl-CoA ( XI ) gebildet. Dabei ist Acetyl-CoA ein Produkt vorangegangenen Abbauweges z.B. der Glykolyse des Protein-Katabolismus des Fett-Katabolismus (→Abbildung 2).

vereinfachte schematische Darstellung des Citratzyklus


Abbildung 1a/b : Schematische Darstellung des Citratzyklus.

tabelleraische Auflistung der einzelnen Reaktionsfolgen

Molekül Enzym Reaktionstyp Rektionspartner/
Coenzyme
Produkte/
Coenzyme
I. Citrat 1. Aconitase Dehydrierung H 2 O
II. cis - Aconitat 2. Aconitase Hydrierung H 2 O
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 +
CO 2
VI. Succinyl-CoA 6. Succinyl-CoA Synthetase Hydrolyse GDP
P i
GTP
CoA-SH
VII. Succinat 7. Succinat Dehydrogenase Oxidation FAD + FADH 2
VIII. Fumarat 8. Fumarase Addition (H 2 O) H 2 O
IX. L-Malat 9. Malat Dehydrogenase Oxidation NAD + NADH+H +
X. Oxalacetat 10. Citrat Synthetase Kondensation
XI. Acetyl-CoA

Summarische Zusammenfassung

Die Summe aller Reaktionen im Citratzyklus ist :

Acetyl-CoA + 3 NAD + + FAD + GDP + P i + 3 H 2 O →
CoA-SH + 3 NADH + 3 + + FADH 2 + GTP + 2 CO 2

  • Zwei Kohlenstoffatome verlassen innerhalb des Citratzyklus als CO 2 sozusagen die Citronensäure so dass am des Zyklus das Oxalacetat entsteht das zwei Kohlenstoffatome die in Form des Acetyl-CoA angeliefert aufnehmen kann. Das heißt ein sechs C-Atome Molekül (die Citronensäure) wird in mehreren Schritten einem vier C-Atome enthaltenden Molekül (Oxalacetat) abgebaut. ein neuer Zyklus durchlaufen werden kann muss Oxalacetat wieder zwei neue Kohlenstoffatome aufnehmen um Citronensäure zu werden. Die dafür nötigen zwei liefert das Acetyl-CoA.
  • Des weiteren wird die Energie die bei den einzelnen Reaktionsschritten frei an einer Stelle in GTP (wie ATP eine "universelle Energiewährung" der Zelle) und allem in Reduktionsäquivalenten (NADH + H + und FADH 2 ) gespeichert. Letztere werden dann in der Atmungskette für die Synthese einer Vielzahl von genutzt was dem Hauptenergiegewinn bei der Zellatmung Damit der Citratzyklus ablaufen kann ist es dass vorher z.B. Kohlehydrate zu aktivierten Essigsäureresten abgebaut werden die in Form von in den Zyklus eintreten. NADH + H + und FADH 2 sind Coenzyme die Wasserstoffionen und Elektronen aufnehmen und bei Bedarf abgeben können.
  • Die Gesamtenergie die im Citratzyklus gewonnen wird entspricht ATP (genauer: GTP) die Gesamtenergie aller vier der Zellatmung (inklusive der Endoxidation in der Atmungskette ) entspricht 38 ATP jeweils pro eingesetztem Glukose.

Der Citratzyklus im Stoffwechsel

Abbildung 2 : Schematische Darstellung der mit dem Citratzyklus metabolischen Wege.
  1. Proteinkatabolismus: Abbau der Proteine zu den einzelnen Aminosäuren
  2. Fettstoffwechel: Beta-Oxidation der Fettsäuren (Abbau) und Fettsynthese ( Lipogenese)
  3. Kohlehydrate : Glykolyse bis zum Pyruvat
  4. Aminosäuren.
  5. Acetyl-CoA .
  6. Pyruvat .
  7. Citratzyklus.

Im oberen Teil der Abbildung 2 (mit den Ziffern 1 bis 3 bezeichnet braun unterlegt) die drei Klassen von Nährstoffen eingetragen die im Stoffwechsel abgebaut werden: Proteine Fette und Kohlehydrate . Durch Abbau der Proteine entstehen Aminosäuren 4) durch Abbau der Kohlehydrate Pyruvat (Brenztraubensäure Ziffer 6). Weitere Reaktionen lassen aus den Aminosäuren als auch aus dem Acetyl-CoA (Ziffer 5) entstehen. Aus Fettsäuren (Ziffer 2) werden durch Beta-Oxidation direkt gebildet. Acetyl-CoA kann daher als zentrales Abbauprodukt drei Nährstoffklassen bezeichnet werden. Sein Essigsäure -Rest tritt in den Citratzyklus ein und dort zwecks Gewinnung von Energie (GTP in der Abb. fälschlich ATP und von Reduktionsäquivalenten (NADH + H + FADH 2 ) und unter Kohlenstoffdioxid -Abgabe weiter abgebaut. Der im Citratzyklus gewonnene Coenzyme gebundene Wasserstoff wird der Atmungskette zugeführt um dort bei der biologischen Knallgasreaktion den Hauptanteil an Zellenergie zu liefern in vielen ATP -Molekülen gespeichert wird.

Siehe auch: Glyoxylat-Zyklus Biochemische Zyklen

Weblinks



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