Citratzyklus (Krebs-Zyklus)

Der Citratzyklus, auch als Krebs-Zyklus oder Tricarbonsäurezyklus bezeichnet, ist die zentrale mitochondriale Drehscheibe des oxidativen Stoffwechsels. Er nimmt die zwei Kohlenstoffatome umfassende Acetylgruppe von Acetyl-CoA auf, oxidiert sie vollständig zu Kohlendioxid und reduziert dabei die Coenzyme NAD+ und FAD, die Elektronen in die Atmungskette einspeisen.

Definition

Der Citratzyklus ist der zyklische, acht Reaktionen umfassende mitochondriale Stoffwechselweg, bei dem die Acetylgruppe von Acetyl-CoA mit Oxalacetat kondensiert und zu zwei CO2-Molekülen oxidiert wird, wobei Oxalacetat regeneriert wird und pro Umlauf reduzierte Coenzyme (NADH und FADH2) sowie ein energiereiches Phosphat entstehen.

Scope

Der Eintrag behandelt die achtschrittige zyklische Abfolge von der Citratsynthese bis zur Oxalacetat-Regeneration, ihre Produkte (reduzierte Coenzyme, GTP/ATP und CO2), ihre doppelte Rolle sowohl bei der Energieproduktion als auch bei der Biosynthese sowie ihre Regulation. Er behandelt den Zyklus als ein Stoffwechselthema in der Biochemie, nicht als klinische Leitlinie.

Core questions

• Wie wird die Acetylgruppe von Acetyl-CoA zu Kohlendioxid oxidiert?
• Welche energieliefernden Produkte entstehen bei einem Umlauf des Zyklus?
• Wie ist der Zyklus mit der Elektronentransportkette verbunden?
• Wie erfüllt der Zyklus sowohl katabole als auch biosynthetische Funktionen?

Key concepts

• Acetyl-CoA als Eintrittsmolekül
• Kondensation mit Oxalacetat zur Bildung von Citrat
• Zwei Decarboxylierungsschritte, die CO2 freisetzen
• Produktion von NADH, FADH2 und GTP/ATP pro Umlauf
• Regeneration von Oxalacetat (zyklischer Charakter)
• Amphibole Funktion im Katabolismus und in der Biosynthese
• Anaplerotische Reaktionen zur Auffüllung von Intermediaten

Mechanisms

Jeder Umlauf beginnt, wenn die zwei Kohlenstoffatome umfassende Acetylgruppe von Acetyl-CoA mit dem vier Kohlenstoffatome umfassenden Oxalacetat zu Citrat kondensiert. Eine Reihe von Isomerisierungs-, Oxidations- und Decarboxylierungsreaktionen setzt dann zwei CO2-Moleküle frei, reduziert drei NAD+ zu NADH und ein FAD zu FADH2 und produziert ein Molekül GTP oder ATP durch Substratkettenphosphorylierung, während Oxalacetat regeneriert wird, damit der Zyklus fortgesetzt werden kann. Die reduzierten Coenzyme transportieren ihre Elektronen zur Elektronentransportkette, wo letztendlich der größte Teil des ATP gebildet wird. Über die Oxidation hinaus werden mehrere Zyklusintermediate für die Biosynthese entnommen; anaplerotische Reaktionen füllen diese Intermediate wieder auf, sodass der Zyklus weiterläuft, was ihm einen amphibolen Charakter verleiht.

Clinical relevance

Da der Zyklus an der Schnittstelle des Kohlenhydrat-, Fett- und Aminosäurestoffwechsels liegt, können Störungen seiner Enzyme oder der Versorgung mit seinen Intermediaten weitreichende metabolische Folgen haben, und Mutationen in bestimmten Zyklusenzymen sind mit Krankheiten assoziiert. Dieser Eintrag erklärt die Biochemie und ist keine Grundlage für eine individuelle Diagnose oder Behandlung.

History

Hans Krebs formulierte 1937, aufbauend auf früheren Beobachtungen zur Oxidation organischer Säuren im Gewebe und auf Albert Szent-Györgyis Arbeiten über Atmungskatalysatoren, den zyklischen Stoffwechselweg. Er zeigte, dass die Oxidation von Acetyleinheiten über eine sich selbst regenerierende Abfolge von Tricarbonsäuren und Dicarbonsäuren abläuft. Die Entdeckung des Coenzyms A durch Fritz Lipmann klärte später, wie Acetylgruppen in den Zyklus eintreten, und der Stoffwechselweg wurde zu einem Eckpfeiler der Stoffwechselbiochemie.

Key figures

• Hans Krebs
• Albert Szent-Györgyi
• Fritz Lipmann

Seminal works

• krebs-1937

Frequently asked questions

Warum wird der Citratzyklus als Zyklus bezeichnet?

Weil seine letzte Reaktion Oxalacetat, das Molekül, das die Sequenz beginnt, regeneriert; der Stoffwechselweg kehrt bei jedem Umlauf zu seinem Ausgangspunkt zurück, sodass ein kleiner Pool von Intermediaten viele Acetylgruppen verarbeiten kann.

Produziert der Citratzyklus direkt den größten Teil des zellulären ATP?

Nein. Jeder Umlauf erzeugt nur ein Molekül GTP oder ATP direkt; der Hauptenergiebeitrag des Zyklus sind die reduzierten Coenzyme NADH und FADH2, die den Großteil der ATP-Produktion in der Elektronentransportkette antreiben.