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Schritte des Zitronensäurezyklus: ATP-Produktion

 Der Zitronensäurezyklus, auch als Krebszyklus oder Tricarbonsäurezyklus (TCA) bekannt, ist die zweite Stufe der  Zellatmung. Dieser Zyklus wird von mehreren Enzymen katalysiert und ist nach dem britischen Wissenschaftler Hans Krebs benannt, der die Reihe der Schritte im Zitronensäurezyklus identifiziert hat. Die nutzbare Energie, die in den  KohlenhydratenProteinen und  Fetten enthalten ist, die  wir essen, wird hauptsächlich über den Zitronensäurezyklus freigesetzt. Obwohl der Zitronensäurezyklus Sauerstoff nicht direkt verwendet, funktioniert er nur, wenn Sauerstoff vorhanden ist.

Die zentralen Thesen

  • Die zweite Stufe der Zellatmung wird als Zitronensäurezyklus bezeichnet. Es ist auch als Krebszyklus nach Sir Hans Adolf Krebs bekannt, der seine Schritte entdeckte.
  • Enzyme spielen eine wichtige Rolle im Zitronensäurezyklus. Jeder Schritt wird durch ein sehr spezifisches Enzym katalysiert.
  • Bei Eukaryoten verwendet der Krebszyklus ein Acetyl-CoA-Molekül, um 1 ATP, 3 NADH, 1 FADH2, 2 CO2 und 3 H + zu erzeugen.
  • Bei der Glykolyse werden zwei Moleküle Acetyl-CoA hergestellt, sodass sich die Gesamtzahl der im Zitronensäurezyklus produzierten Moleküle verdoppelt (2 ATP, 6 NADH, 2 FADH2, 4 CO2 und 6 H +).
  • Sowohl die im Krebszyklus hergestellten NADH- als auch FADH2-Moleküle werden an die Elektronentransportkette gesendet, die letzte Stufe der Zellatmung.

Die erste Phase der Zellatmung,  Glykolyse genannt. findet im Zytosol des Zytoplasmas der Zelle statt  . Der Zitronensäurezyklus tritt jedoch in der Matrix der  Zellmitochondrien auf. Vor Beginn des Zitronensäurezyklus passiert die bei der Glykolyse erzeugte Brenztraubensäure die Mitochondrienmembran und wird zur Bildung von  Acetyl-Coenzym A (Acetyl-CoA) verwendet . Acetyl-CoA wird dann im ersten Schritt des Zitronensäurezyklus verwendet. Jeder Schritt im Zyklus wird durch ein bestimmtes Enzym katalysiert.

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Zitronensäure

Die Zwei-Kohlenstoff-Acetylgruppe von Acetyl-CoA wird zu dem Vier-Kohlenstoff- Oxalacetat gegeben , um das Sechs-Kohlenstoff-Citrat zu bilden. Die konjugierte Citrat- Säure ist Zitronensäure, daher der Name Zitronensäure-Zyklus. Oxalacetat wird am Ende des Zyklus regeneriert, so dass der Zyklus fortgesetzt werden kann. 

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Aconitase

Citrat  verliert ein Wassermolekül und ein weiteres wird hinzugefügt. Dabei wird Zitronensäure in ihr Isomer Isocitrat umgewandelt. 

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Isocitratdehydrogenase

Isocitrat  verliert ein Molekül Kohlendioxid (CO2) und wird unter Bildung des Alpha-Ketoglutarats mit fünf Kohlenstoffatomen oxidiert. Das Nikotinamidadenindinukleotid (NAD +) wird dabei zu NADH + H + reduziert. 

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Alpha-Ketoglutarat-Dehydrogenase

Alpha-Ketoglutarat  wird in das 4-Kohlenstoff-Succinyl-CoA umgewandelt. Ein Molekül CO2 wird entfernt und NAD + wird dabei zu NADH + H + reduziert. 

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Succinyl-CoA-Synthetase

CoA wird aus dem  Succinyl-CoA-  Molekül entfernt und durch eine Phosphatgruppe ersetzt. Die Phosphatgruppe wird dann entfernt und an Guanosindiphosphat (GDP) gebunden, wodurch Guanosintriphosphat (GTP) gebildet wird. Wie ATP ist GTP ein energielieferndes Molekül und wird zur Erzeugung von ATP verwendet, wenn es eine Phosphatgruppe an ADP abgibt. Das Endprodukt aus der Entfernung von CoA aus Succinyl-CoA ist  Succinat

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Succinatdehydrogenase

Succinat wird oxidiert und  Fumarat  gebildet. Flavinadenindinukleotid (FAD) wird reduziert und bildet dabei FADH2. 

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Fumarase

Ein Wassermolekül wird hinzugefügt und Bindungen zwischen den Kohlenstoffen in Fumarat werden unter Bildung von  Malat neu angeordnet

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Malatdehydrogenase

Malat wird oxidiert und bildet  Oxalacetat , das Anfangssubstrat des Zyklus. NAD + wird dabei auf NADH + H + reduziert. 

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Zusammenfassung des Zitronensäurezyklus

Sir Hans Adolf Krebs (1900-1981), britischer Biochemiker, der den Zitronensäurezyklus (Krebszyklus) entdeckte. Er gewann 1953 den Nobelpreis für Physiologie.

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In  eukaryotischen Zellen verwendet der Zitronensäurezyklus ein Molekül Acetyl-CoA, um 1 ATP, 3 NADH, 1 FADH2, 2 CO2 und 3 H + zu erzeugen. Da aus den beiden bei der Glykolyse hergestellten Brenztraubensäuremolekülen zwei Acetyl-CoA-Moleküle erzeugt werden, verdoppelt sich die Gesamtzahl dieser im Zitronensäurezyklus erhaltenen Moleküle auf 2 ATP, 6 NADH, 2 FADH2, 4 CO2 und 6 H +. Zwei zusätzliche NADH-Moleküle werden auch bei der Umwandlung von Brenztraubensäure in Acetyl-CoA vor Beginn des Zyklus erzeugt. Die im Zitronensäurezyklus produzierten NADH- und FADH2-Moleküle werden in die Endphase der  Zellatmung geleitet  , die als Elektronentransportkette bezeichnet wird. Hier werden NADH und FADH2 oxidativ phosphoryliert, um mehr ATP zu erzeugen.

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Quellen

  • Berg, Jeremy M. „Der Zitronensäurezyklus.“ Biochemie. 5. Auflage. , US National Library of Medicine, 1. Januar 1970, http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21163/.
  • Reece, Jane B. und Neil A. Campbell. Campbell Biology . Benjamin Cummings, 2011.
  • „Der Zitronensäurezyklus.“ BioCarta , http://www.biocarta.com/pathfiles/krebpathway.asp.

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