Glykolyse und Citratzyklus

Glykolyse und Citratzyklus sind die zentralen katabolischen Stoffwechselwege, die aus Glukose stammenden Kohlenstoff oxidieren und dabei Energie in Form von ATP und reduzierten Elektronenträgern einfangen.

Definition

Die Glykolyse ist der zytosolische Stoffwechselweg, der eine Glukose zu zwei Pyruvat mit einer Nettoproduktion von ATP und NADH umwandelt; der Citratzyklus ist der mitochondriale Stoffwechselweg, der die Acetylgruppe von Acetyl-CoA zu Kohlendioxid oxidiert und dabei NADH, FADH2 und GTP erzeugt.

Scope

Dieses Thema behandelt die zehn Reaktionen der Glykolyse von Glukose zu Pyruvat, die oxidative Decarboxylierung von Pyruvat zu Acetyl-CoA und die acht Reaktionen des Citratzyklus, einschließlich ihrer Nettoenergieausbeute, ihrer wichtigsten regulierten Schritte und ihrer Rolle sowohl als energieliefernde als auch als biosynthetische Vorläufer liefernde Stoffwechselwege.

Core questions

• Was sind die Energieinvestitions- und Energiegewinnungsphasen der Glykolyse?
• Wie ist Pyruvat mit dem Citratzyklus verbunden?
• Was sind die Nettoprodukte eines Zyklus des Citratzyklus?
• Welche Schritte sind reguliert und warum?

Key theories

Der Citratzyklus

Krebs leitete eine zyklische Reihe von Reaktionen ab, die Oxalacetat regeneriert, während Acetyleinheiten oxidiert werden, und erklärte, wie Zellen Kohlenstoffbrennstoffe vollständig oxidieren und Elektronenträger für die nachgeschaltete ATP-Synthese reduzieren.

Mechanisms

Bei der Glykolyse wird Glukose phosphoryliert und in zwei Drei-Kohlenstoff-Einheiten gespalten, die oxidiert und dephosphoryliert werden, um Pyruvat zu bilden, wobei netto zwei ATP und zwei NADH durch Substratkettenphosphorylierung gewonnen werden. Die Pyruvat-Dehydrogenase wandelt Pyruvat in Acetyl-CoA um. Im Citratzyklus kondensiert Acetyl-CoA mit Oxalacetat; aufeinanderfolgende Oxidationen und Decarboxylierungen setzen zwei Kohlendioxidmoleküle frei und produzieren pro Zyklus drei NADH, ein FADH2 und ein GTP, während Oxalacetat regeneriert wird.

Clinical relevance

Diese Stoffwechselwege sind die kanonischen Beispiele für Stoffwechselreaktionsnetzwerke, die in der Chemie und im Metabolic Engineering untersucht werden; ihre Intermediate speisen auch die Biosynthese. Die Darstellung ist deskriptiv und nicht präskriptiv.

History

Die Glykolyse wurde in den 1930er Jahren von Embden, Meyerhof und Parnas aufgeklärt, nach denen der Stoffwechselweg manchmal benannt wird; Krebs veröffentlichte den Citratzyklus 1937 und vervollständigte damit das Bild, wie Brennstoffe zu Kohlendioxid oxidiert werden, wobei Energie in reduzierten Kofaktoren konserviert wird.

Key figures

• Hans Krebs
• Gustav Embden
• Otto Meyerhof
• Jakub Karol Parnas

Seminal works

• krebs1937
• nelson2021

Frequently asked questions

Benötigt die Glykolyse Sauerstoff?

Nein; die Glykolyse selbst ist anaerob und produziert Pyruvat, ATP und NADH ohne Sauerstoff, obwohl das Schicksal von Pyruvat und die Reoxidation von NADH davon abhängen, ob Sauerstoff verfügbar ist.

Warum wird der Citratzyklus als Zyklus bezeichnet?

Weil seine letzte Reaktion das Ausgangsmolekül Oxalacetat regeneriert, wodurch der Stoffwechselweg eine weitere Acetylgruppe aufnehmen und kontinuierlich ablaufen kann.