Grenzenlose Biologie

Zitronensäurekreislauf

Der Zitronensäurekreislauf ist eine Reihe von Reaktionen, die zwei Kohlendioxidmoleküle, ein GTP/ATP und reduzierte Formen von NADH und FADH2 produzieren.

Zitronensäurezyklus (Krebs-Zyklus) h3>

Wie die Umwandlung von Pyruvat in Acetyl-CoA findet der Zitronensäurekreislauf in der Matrix der Mitochondrien statt., Fast alle Enzyme des Zitronensäurekreislaufs sind löslich, mit Ausnahme des Enzyms Succinatdehydrogenase, das in die innere Membran des Mitochondriums eingebettet ist. Im Gegensatz zur Glykolyse ist der Zitronensäurekreislauf eine geschlossene Schleife: Der letzte Teil des Weges regeneriert die im ersten Schritt verwendete Verbindung. Die acht Schritte des Zyklus sind eine Reihe von Redox -, Dehydratations -, Hydratations-und Decarboxylierungsreaktionen, die zwei Kohlendioxidmoleküle, ein GTP/ATP und reduzierte Formen von NADH und FADH2 produzieren., Dies wird als aerober Weg angesehen, da die erzeugten NADH und FADH2 ihre Elektronen auf den nächsten Weg im System übertragen müssen, der Sauerstoff verwendet. Wenn diese Übertragung nicht auftritt, treten auch die Oxidationsschritte des Zitronensäurekreislaufs nicht auf. Beachten Sie, dass der Zitronensäurekreislauf sehr wenig ATP direkt produziert und nicht direkt Sauerstoff verbraucht.,

Der Zitronensäurekreislauf: Im Zitronensäurekreislauf wird die Acetylgruppe aus AcetylCoA an ein Vier-Kohlenstoff-Oxaloacetatmolekül gebunden, um ein Sechs-Kohlenstoff-Citratmolekül zu bilden. Durch eine Reihe von Schritten wird Citrat oxidiert, wobei zwei Kohlendioxidmoleküle für jede Acetylgruppe freigesetzt werden, die in den Zyklus eingespeist wird. Dabei werden drei NAD+ – Moleküle zu NADH reduziert, ein FAD-Molekül zu FADH2 reduziert und ein ATP oder GTP (abhängig vom Zelltyp) produziert (durch Phosphorylierung auf Substratebene)., Da das Endprodukt des Zitronensäurekreislaufs auch der erste Reaktant ist, läuft der Zyklus kontinuierlich in Gegenwart ausreichender Reaktanten ab.

Schritte im Zitronensäurezyklus

Schritt 1. Der erste Schritt ist ein Kondensationsschritt, bei dem die Zwei-Kohlenstoff-Acetylgruppe (aus Acetyl-CoA) mit einem Vier-Kohlenstoff-Oxaloacetatmolekül kombiniert wird, um ein Sechs-Kohlenstoff-Citratmolekül zu bilden. CoA ist an eine Sulfhydrylgruppe (-SH) gebunden und diffundiert weg, um sich schließlich mit einer anderen Acetylgruppe zu kombinieren. Dieser Schritt ist irreversibel, weil er sehr exergonisch ist., Die Geschwindigkeit dieser Reaktion wird durch negative Rückkopplung und die verfügbare ATP-Menge gesteuert. Wenn der ATP-Spiegel ansteigt, nimmt die Geschwindigkeit dieser Reaktion ab. Wenn ATP knapp ist, erhöht sich die Rate.

Schritt 2. Citrat verliert ein Wassermolekül und gewinnt ein anderes, wenn Citrat in sein Isomer Isocitrat umgewandelt wird.

Schritte 3 und 4. In Schritt drei wird Isocitrat oxidiert und produziert ein Fünf-Kohlenstoff-Molekül, α-Ketoglutarat, zusammen mit einem Molekül CO2 und zwei Elektronen, die NAD+ zu NADH reduzieren., Dieser Schritt wird auch durch negative Rückkopplung von ATP und NADH und durch einen positiven Effekt von ADP reguliert. Die Schritte drei und vier sind sowohl Oxidations-als auch Decarboxylierungsschritte, bei denen Elektronen freigesetzt werden, die NAD+ auf NADH reduzieren, und Carboxylgruppen freigesetzt werden, die CO2-Moleküle bilden. α-Ketoglutarat ist das Produkt von Schritt drei, und eine Succinylgruppe ist das Produkt von Schritt vier. CoA bindet die Succinylgruppe zu Succinyl CoA. Das Enzym, das Schritt vier katalysiert, wird durch die Rückkopplungshemmung von ATP, Succinyl CoA und NADH reguliert.

Schritt 5., Eine Phosphatgruppe wird durch Coenzym A ersetzt und eine energiereiche Bindung gebildet. Diese Energie wird bei der Phosphorylierung auf Substratebene (während der Umwandlung der Succinylgruppe in Succinat) verwendet, um entweder Guanintriphosphat (GTP) oder ATP zu bilden. Es gibt zwei Formen des Enzyms, Isoenzyme genannt, für diesen Schritt, abhängig von der Art des tierischen Gewebes, in dem sie gefunden werden. Eine Form findet sich in Geweben, die große Mengen an ATP verwenden, wie Herz und Skelettmuskel. Diese Form erzeugt ATP., Die zweite Form des Enzyms findet sich in Geweben, die eine hohe Anzahl anaboler Wege aufweisen, wie z. B. Leber. Dieses Formular erzeugt GTP. GTP ist energetisch äquivalent zu ATP; Seine Verwendung ist jedoch eingeschränkter. Insbesondere verwendet die Proteinsynthese hauptsächlich GTP.

Schritt 6. Schritt sechs ist ein Dehydratisierungsprozess, der Succinat in Fumarat umwandelt. Zwei Wasserstoffatome werden in FAD übertragen, wodurch FADH2 entsteht. Die in den Elektronen dieser Atome enthaltene Energie reicht nicht aus, um NAD+ zu reduzieren, sondern reicht aus, um FAD zu reduzieren., Im Gegensatz zu NADH bleibt dieser Träger an das Enzym gebunden und überträgt die Elektronen direkt an die Elektronentransportkette. Dieser Prozess wird durch die Lokalisierung des Enzyms ermöglicht, das diesen Schritt innerhalb der inneren Membran des Mitochondriums katalysiert.

Schritt 7. Während Schritt sieben wird Fumarat mit Wasser versetzt und Malat hergestellt. Der letzte Schritt im Zitronensäurekreislauf regeneriert Oxaloacetat durch Oxidation von Malat. Ein weiteres Molekül NADH wird produziert.,

Produkte des Zitronensäurekreislaufs

Aus jeder Acetylgruppe kommen zwei Kohlenstoffatome in den Zitronensäurekreislauf, die vier der sechs Kohlenstoffe eines Glukosemoleküls darstellen. Zwei Kohlendioxidmoleküle werden bei jeder Umdrehung des Zyklus freigesetzt; Diese enthalten jedoch nicht unbedingt die zuletzt hinzugefügten Kohlenstoffatome. Die beiden Acetylkohlenstoffatome werden schließlich bei späteren Umdrehungen des Zyklus freigesetzt; somit, Alle sechs Kohlenstoffatome aus dem ursprünglichen Glukosemolekül werden schließlich in Kohlendioxid eingebaut., Jede Umdrehung des Zyklus bildet drei NADH-Moleküle und ein FADH2-Molekül. Diese Träger verbinden sich mit dem letzten Teil der aeroben Atmung, um ATP-Moleküle zu produzieren. In jedem Zyklus wird auch ein GTP oder ATP hergestellt. Mehrere der Zwischenverbindungen im Zitronensäurekreislauf können bei der Synthese nicht essentieller Aminosäuren verwendet werden; Daher ist der Zyklus amphibolisch (sowohl katabolisch als auch anabol).