Einleitung
- Mitochondrienlokalisierung: Der Citratzyklus findet in der Mitochondrienmatrix statt, wo er eine zentrale Rolle im aeroben Stoffwechsel spielt
- Eingangsverbindung: Acetyl-CoA, das aus der oxidativen Decarboxylierung von Pyruvat stammt, ist die Hauptverbindung, die in den Citratzyklus eintritt
- Acetyl-CoA-Verknüpfung: Acetyl-CoA wird mit Oxalacetat verknüpft, um Citrat zu bilden. Dies ist der Startpunkt des Zyklus
- Redoxreaktionen: Im Citratzyklus finden mehrere Redoxreaktionen statt, bei denen Elektronen von den Zwischenprodukten auf Elektronenträger wie NAD+ und FAD
übertragen werden, um NADH + H+ und FADH2 zu bilden, deren aufgenommene Elektronen in der Atmungskette abgeben werden - ATP
-Produktion: Sowohl direkt als auch indirekt trägt der Citratzyklus zur ATP - bzw. GTP-Produktion bei - Regulation: Der Citratzyklus wird durch Rückkopplungsmechanismen und die Verfügbarkeit von Substraten und Produkten reguliert. Hohe Konzentrationen von NADH, ATP
und Citrat können die Enzymaktivitäten hemmen. Hohe Konzentrationen von Acetyl-CoA, NAD+, ADP und Ca2+ erhöhen die Enzymaktivitäten - Vorläufermoleküle: Der Citratzyklus ist eine wichtige Quelle von Vorläufermolekülen für den Aufbau von Aminosäuren, Fetten und anderen Biomolekülen
- Kohlenstoffkreislauf: Der Citratzyklus ist auch in den Prozess der Gluconeogenese involviert, bei dem Glucose
aus nicht-kohlenhydratischen Vorläufermolekülen synthetisiert wird - Anaplerotische Reaktionen im Citratzyklus
- Funktion: Auffüllung von Zwischenprodukten, wenn sie für andere Stoffwechselwege entzogen wurden
- Beispiele:
- Glutamat → α-Ketoglutarat (Glutamat-Dehydrogenase
) - Pyruvat → Oxalacetat (Pyruvat-Carboxylase)
- Glutamat → α-Ketoglutarat (Glutamat-Dehydrogenase
Ablauf
1. Citrat-Synthase-Reaktion
- Reaktion: Acetyl-CoA + Oxalacetat → Citrat (irreversibel)
- Enzym: Citrat-Synthase
2. Aconitase-Reaktion
- Reaktion: Citrat ⇌ Isocitrat (Isomerisierung)
- Enzym: Aconitase
3. Isocitrat-Dehydrogenase-Reaktion
- Reaktion: Isocitrat → α-Ketoglutarat + CO
2 + NADH + H+ (oxidative Decarboxylierung) - Enzym: Isocitrat-Dehydrogenase
- Energiebilanz: 1 NADH + H+ → 2,5 ATP
4. α-Ketoglutarat-Dehydrogenase-Reaktion
- Reaktion: α-Ketoglutarat → Succinyl-CoA + CO
2 + NADH + H+ - Enzym: Multienzymkomplex mit 5 Coenzymen (ähnlich Pyruvat-Dehydrogenase)
- Energiebilanz: 1 NADH + H+ → 2,5 ATP
5. Succinyl-CoA-Synthetase-Reaktion
- Reaktion: Succinyl-CoA → Succinat + GTP (Substratkettenphosphorylierung)
- Enzym: Succinyl-CoA-Synthetase
- Energiebilanz: 1 GTP → 1 ATP
6. Succinat-Dehydrogenase-Reaktion
- Reaktion: Succinat → Fumarat + FADH2
- Enzym: Succinat-Dehydrogenase (Teil der Atmungskette)
- Energiebilanz: 1 FADH2 → 1,5 ATP
7. Fumarat-Hydratase-Reaktion
- Reaktion: Fumarat → Malat (Hydratisierung)
- Enzym: Fumarase
8. Malat-Dehydrogenase-Reaktion
- Reaktion: Malat → Oxalacetat + NADH + H+
- Enzym: Malat-Dehydrogenase
- Energiebilanz: 1 NADH + H+ → 2,5 ATP
Merke„Citronen im Koma sind super für meine Oma.“
- Citronen → Citrat
- im → Isocitrat
- Koma → α-Ketoglutarat
- sind → Succinyl-CoA
- super → Succinat
- für → Fumarat
- meine → Malat
- Oma → Oxalacetat
Reaktionen des Citratzyklus:
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Regulation
- Substrataktivierung:
- Aktivierung durch hohe Konzentrationen von Oxalacetat, Acetyl-CoA, Succinat
- Produkthemmung:
- Hemmung durch Ansammlung von Citrat, Succinyl-CoA, NADH + H+
- Energiestatus der Zelle:
- Gute Energieversorgung: Hemmung durch ATP, hohes NADH/NAD+-Verhältnis
- Energiebedarf
: Aktivierung durch ADP, Ca2+, niedriges NADH/NAD+-Verhältnis
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Stoffwechselverbindungen
- Amphiboler Stoffwechselweg:
- Katabol: Oxidativer Abbau von Kohlenhydraten, Fettsäuren, Aminosäuren
- Anabol: Bereitstellung von Vorstufen für Biosynthesen
- Funktion: Drehscheibe des Stoffwechsels
Aminosäurestoffwechsel
- Katabol: Kohlenstoffgerüste aus Aminosäuren werden über folgende Metabolite in den Citratzyklus eingeschleust:
- Pyruvat → Acetyl-CoA: Serin, Glycin, Alanin, Cystein, Threonin, Tryptophan, Leucin, Isoleucin, Tyrosin
- α-Ketoglutarat: Glutamat (gebildet aus Histidin, Glutamin, Prolin, Arginin)
- Succinyl-CoA: Valin, Isoleucin, Threonin, Methionin
- Fumarat: Phenylalanin, Tyrosin
- Oxalacetat: Aspartat, Asparagin
- Anabol: Synthese nicht-essenzieller Aminosäuren:
- Oxalacetat → Aspartat → Fumarat (über den Harnstoffzyklus
) - α-Ketoglutarat → Glutamat → Glutamin, Prolin, Arginin, Histidin
- Oxalacetat → Aspartat → Fumarat (über den Harnstoffzyklus
Kohlenhydratstoffwechsel
- Katabol: Oxidation der Acetylgruppe (Acetyl-CoA) zu CO2
→ Energiegewinnung - Anabol (Gluconeogenese):
- Pyruvat → Oxalacetat (Pyruvatcarboxylase) → Phosphoenolpyruvat (PEP- Carboxykinase) → Glucose
- Malat → Pyruvat (Malatenzym)
- Pyruvat → Oxalacetat (Pyruvatcarboxylase) → Phosphoenolpyruvat (PEP- Carboxykinase) → Glucose
Fettsäurestoffwechsel
- β-Oxidation: Abbau von Fettsäuren zu Acetyl-CoA → Eintritt in den Citratzyklus
- Abbau ungeradzahliger Fettsäuren: Propionyl-CoA → Succinyl-CoA
- Fettsäurebiosynthese:
- Acetyl-CoA → Citrat (Transport ins Zytosol
) → Acetyl-CoA (Citratlyase)
- Acetyl-CoA → Citrat (Transport ins Zytosol
Vorstufen für Biosynthesen
- Nucleotidsynthese:
- Purine: Glutamin
- Pyrimidine: Aspartat
- Neurotransmitter: Glutamat → GABA
- Cholesterinsynthese: Acetyl-CoA aus Citrat
- Hämbiosynthese: Succinyl-CoA + Glycin → δ-Aminolävulinsäure → Porphyrinring (Häm)
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