Krebs-Zyklus, auch bekannt als Tricarbonsäurezyklus oder Citratcycle, ist ein wichtiger Schritt im Stoffwechsel von Glukose, Aminosäuren und Fettsäuren im menschlichen Körper und vielen anderen Tieren. Es ist Teil des oxidativen Stoffwechsels, findet in den Mitochondrien statt und versorgt den Körper mit der Energie, die er benötigt, um verschiedene Lebensprozesse auszuführen.
Die Hauptstadien der Reaktionen des Krebszyklus:
1. Bildung von Citrat. Der Krebs-Zyklus beginnt mit einer Reaktion, bei der sich Acetyl-CoA an Oxalacetat anschließt und Citrat bildet. Diese Reaktion wird durch das Enzym Citratsynthase katalysiert. Die Bildung von Citrat ist ein wichtiger Schritt, da der Krebs-Zyklus mit Citrat beginnt und dann durch eine Abfolge von Reaktionen fortgesetzt wird, die zur Bildung und zum Zerfall von Citrat führen.
2. Decarboxylierungsreaktionen. Nach der Bildung von Citrat folgt eine Reihe von aufeinanderfolgenden Reaktionen, die zu einer Decarboxylierung von Citrat zu Oxalacetat führen. Jede Dekarboxylierung wird von der Freisetzung von CO2 und der Bildung von NADN begleitet, die als Elektronentransporter für die nächste Phase des metabolischen Weges des Krebszyklus dient.
3. Oxalacetat-Regenerationsreaktion. Nach der Decarboxylierung erfährt Oxalacetat eine Reihe von Reaktionen, die zu einem neuen Oxalacetatmolekül führen. Diese Reaktionen sind Reaktionen der Oxalacetatregeneration und werden unter Beteiligung verschiedener Enzyme durchgeführt.
4. Energiegewinnung. Neben den Reaktionen im Zusammenhang mit der Bildung und dem Zerfall von Citrat ist der Krebs-Zyklus auch mit der Freisetzung von Energie verbunden. Während des Krebszyklus finden Redoxreaktionen statt, die zu ATP führen, dem wichtigsten Energiemolekül, das für das Funktionieren der Zelle benötigt wird.
Krebs-Zyklus: die wichtigsten Phasen der Reaktionen
Der Krebs-Zyklus besteht aus mehreren Phasen von Reaktionen, in denen das durch die Glykolyse erhaltene Pyruvat oxidiert und in Oxalacetat umgewandelt wird, das dann zur Bildung von Acetyl-CoA verwendet wird.
Die Hauptstadien der Reaktionen des Krebszyklus:
- Bildung von Citrat: Acetyl-CoA, das aus der Glykolyse gewonnen wird, verbindet sich mit Oxalacetat und bildet Citrat. Die Reaktion wird durch das Enzym Citratsyntase katalysiert.
- Isomerisierung von Citrat: Citrat wird mit Hilfe des Enzyms Aconyl-CoA-Isomerase in Isocitrat umgewandelt.
- Oxidation von Isocitrat: Das Isocitrat wird oxidiert, um ein Alpha-Ketoglutarat zu bilden und ein NADN-Molekül und ein CO-Molekül freizusetzen2. Die Reaktion wird durch Isocitratdehydrogenase katalysiert.
- Oxidation von Alpha-Ketoglutarat: Alpha-Ketoglutarat wird oxidiert, um Succinat-CoA zu bilden. Es wird ein Molekül von NADN und CO freigesetzt2. Die Reaktion wird durch Alpha-Ketoglutarat-Dehydrogenase katalysiert.
- Umwandlung von Succinat-CoA in Succinat: Succinat-CoA wird zu Succinat umgewandelt, um ein einzelnes Molekül (ein universelles Energie enthaltendes Molekül in einer Zelle) oder ein einzelnes ATP-Molekül zu bilden. Die Reaktion wird durch Succinyl-CoA-Synthetase katalysiert.
- Oxidation von Succinat: Succinat wird unter Beteiligung von Succinatdehydrogenase und der Bildung eines einzelnen NADN-Moleküls zu Fumarat oxidiert.
- Fumarat-Hydratation: Fumarat wird durch Bildung von l-Malat mit Hilfe von Fumarase hydratisiert.
- Regeneration von Oxalacetat: L-Malat wird oxidiert, um Oxalacetat und ein einzelnes NADN-Molekül zu bilden. Die Reaktion wird durch Malatdehydrogenase katalysiert.
Der Krebs-Zyklus ist ein wichtiger Schritt im metabolischen Netzwerk des Körpers. Es liefert die Energieproduktion, die für das Leben aller Zellen benötigt wird, und ist auch eine Quelle für die unabhängige Fermentation zwischen den Bläschen und die Aminosäuren der Synthese. Daher ist es wichtig, die grundlegenden Phasen der Reaktionen des Krebszyklus zu verstehen, um den allgemeinen Stoffwechsel in einer Zelle zu verstehen.
Bildung von Acetyl-CoA
Die Bildung von Acetyl-CoA erfolgt durch die Oxidation von Pyruvat, das sich in der Glykolyse aus Glukose bildet. Die Oxidation von Pyrcuvat wird von der Bildung von NADN und der Freisetzung von zwei Kohlendioxidmolekülen begleitet.
Die Oxidation von Pyruvat erfolgt in den Mitochondrien von Zellen, in denen sich ein Pyruvatdehydrogenasekomplex befindet, der mehrere Enzyme enthält.
Bei der Oxidation von Pyruvat wird im Pyrnatdehydrogenasekomplex ein aktiviertes Kohlenwasserstofffragment gebildet, das sich dann an das Enzym Coenzym A anschließt und eine thiolesterische Bindung an den Sechs-Kern-Ring der Pantothensäure bildet, die Teil des Coenzyms A ist.
Somit bildet das Pyroglutamat Glutamat durch Deidrogenase in Ketoglutarat umgewandelt, das Pepsinogen wird durch Pepsin und eine Holzsubstanz gebildet, der aktive Wasserstoff ist Alkohollader, und das Parenchym wird durch ein Nährpflaster gebildet.
Dieses Acetyl-CoA wird dann in den Reaktionen des Krebszyklus verwendet, um Energie in Form von ATP zu erzeugen.
| Substrate | Reaktionen | Lebensmittel |
| Pyruvat | Oxidierung | Acetyl-CoA, NADN, CO2 |
Oxidation von Isocitrat
Die Oxidationsreaktion von Isocitrat mit Ketoglutarat beinhaltet viele Schritte mit verschiedenen Enzymen. Der Prozess beginnt damit, dass das Mesaisocitrat in Citrat umgewandelt wird, wonach es durch ICDH (Isocitratdehydrogenase) oxidiert wird. Diese Reaktion wird von einem Prozess der Enthydratation und Katabolisierung von ICDH zu Alpha-Ketoglutarat als Folge der Bildung von NADH begleitet.
| Substanz | Enzym | Reaktionsprodukt |
|---|---|---|
| Isocitrat | ICDH (Isocitratdehydrogenase) | Alpha-Ketoglutarat, NADH, CO2 |
Oxidation von α-Ketoglutarat
Der Oxidationsprozess von α-Ketoglutarat kann in mehrere Schritte unterteilt werden:
- α-Ketoglutarat verbindet sich mit NAD+ und Coenzym A in Gegenwart von α-Ketoglutarat-Dehydrogenase und bildet eine NADN- und C-Coenzym-A-Vernetzung.
- Die C-Coenzym-A-Vernetzung überträgt die Acetylgruppe auf Succinyl-CoA und bildet Succinat und Acetyl-CoA.
- Succinat kann dann im nächsten Schritt des Krebszyklus verwendet werden, um Energie zu erzeugen.
Die Oxidation von α-Ketoglutarat ist ein wichtiger Schritt im Krebszyklus, da es bei der Erzeugung von Energie in Form von NADN hilft. Darüber hinaus ermöglicht dieses Stadium die Verwendung von Resten des ursprünglichen Glukosemoleküls für andere Stoffwechselprozesse im Körper.
Bildung eines Succinatzwischenprodukts
In diesem Stadium reagiert Oxalacetat (eine hochenergetische Verbindung) mit dem Acetyl-CoA-Molekül und bildet ein Succinat. Diese Reaktion wird durch das Enzym Succinat-Coazligase-katalysiert.
Zuerst überträgt Acetyl-CoA seine Acetylgruppe auf Oxalacetat, was zur Bildung von Citratsäure führt. Danach erfährt die Citratsäure eine Reihe von Umwandlungen, die dazu führen, dass zwei Wassermoleküle entfernt und die Citratsäure in Oxalacetat wiederhergestellt wird.
In diesem Stadium des Krebs-Zyklus wird die Bildung eines Succinat-Zwischenprodukts durch die Bildung von NADN-Molekülen (Nicotinamidadenindinukleotid) und FAD-Molekülen (Flavinadenindinukleotid) begleitet, die auf die nächste Stufe des Zyklus übertragen werden.
Daher ist die Bildung eines Succinatzwischenprodukts ein wichtiger Schritt im Krebs-Zyklus, der nach der Bildung von Acetyl-CoA zur Herstellung von energiereicherten NADN- und FAD-Molekülen fortgesetzt wird.
Fumarat-Umwandlung
Die Umwandlung von Fumarat beginnt mit einer Flüssigkeitsreaktion, bei der Fumarat in Malat umgewandelt wird. Diese Reaktion erfolgt unter Beteiligung von Fumarase, einem Enzym, das eine hydratisierende Aktivität aufweist und in der Lage ist, der Doppelbindung des Fumarats ein Wassermolekül hinzuzufügen.
Als nächstes kann das durch die Hydratation von Fumarat gebildete Malat die nächste Reaktion des Krebszyklus erfahren - oxidative Decarboxylierung. Als Ergebnis dieser Reaktion wird Malat oxidiert und eine seiner Carboxylgruppen wird als Kohlendioxid entfernt und bildet ein Alpha-Ketoglutarat.
Somit besteht die Umwandlung von Fumarat im Krebszyklus darin, das Fumarat zu Malat zu hydratisieren und anschließend das Malat zu Alpha-Ketoglutarat zu oxidieren. Diese Reaktionen sind wichtige Phasen des Krebszyklus, die einen fortgesetzten Stoffwechsel im Körper gewährleisten.
Bildung eines Arsen-Sauerstoff-Zwischenprodukts
Die erste Phase der Reaktion des Krebszyklus ist die Bildung eines Arsen-Sauerstoff-Zwischenprodukts. Dieses Zwischenprodukt, auch Citrat genannt, ist die Startverbindung in einem Zyklus und wird weiter verarbeitet und in andere Substanzen umgewandelt.
Die Bildung eines Arsen-Sauerstoff-Zwischenprodukts beginnt mit der Kondensation von Acetyl-CoA mit Oxalacetat, was zur Bildung von Citrat führt. Acetyl-CoA ist ein wichtiger Metabolit, der aus einer Vielzahl von Nahrungsquellen, einschließlich Kohlenhydraten, Fetten und Proteinen, gewonnen wird.
Die Kondensationsphase wird durch ein Enzym, das als Citratsynthase bekannt ist, katalysiert. Das Enzym bindet aktiv Acetyl-CoA und Oxalacetat und bildet Citrat. Es ist wichtig zu beachten, dass dieses Stadium ein Kontrollpunkt für die Regulation des Krebszyklus ist und abhängig vom Energiebedarf der Zelle unterdrückt oder aktiviert werden kann.
Das resultierende Arsen-Sauerstoff-Zwischenprodukt Citrat wird dann einem sequentiellen Zyklus von oxidativen und reduzierenden Reaktionen unterzogen, die zur Bildung anderer Metaboliten und zur Erzeugung von Energie in Form von ATP führen. Diese Reaktionen treten konsistent innerhalb der Mitochondrien lebender Zellen auf.
Bildung von L-Malat
Nach Abschluss der oxidativen Dekarboxylierungsphasen wird L-Malat aus dem Krebszyklus erhalten. Der zweite und letzte Abschnitt des Krebszyklus wird als reduzierter Transport bezeichnet. Während dieses Prozesses wird L-Malat aus Oxalacetat und NADN gebildet.
Oxalacetat wird durch eine Citrat-Synthase-Reaktion gebildet, bei der Acetyl-CoA und Oxalacetyl-CoA kondensiert werden. Oxalacetyl-CoA nimmt jedoch nicht weiter am Zyklus teil, sondern bleibt für die Teilnahme am nächsten Zyklus übrig. Damit der Krebszyklus nicht aufhört, muss Oxalacetat wiederhergestellt werden.
Der Prozess der Bildung von L-Malat erfolgt in zwei Phasen. Zunächst interagiert Oxalacetat, das eine hohe Bindungsenergie aufweist, mit NADN, was zu seiner Wiederherstellung führt. Als Ergebnis dieser Reaktion wird ÜBER+ gebildet und Oxalacetat wird in L-Malat umgewandelt.
Als nächstes wird das Molekül ÜBER + abgetrennt, das von der Freisetzung von zwei Wasserstoff- und zwei Elektronenatomen begleitet wird. Das resultierende L-Malat kann im nächsten Krebszyklus verwendet oder zur Bildung anderer Metaboliten im Körper verwendet werden.
Somit ist die Bildung von L-Malat ein wichtiger Schritt in den Reaktionen des Krebs-Zyklus, der die Fortsetzung des Katabolismus der wichtigsten Nährstoffe (Kohlenhydrate, Fette, Proteine) und die Synthese der notwendigen Metaboliten gewährleistet.
Regeneration von Oxalacetat
Oxalacetat wird durch eine Acetyl-CoA-Reaktion mit Oxalacetyl-CoA-Hydratase gebildet, die in den Mitochondrien der Zellen durchgeführt wird. Während dieser Reaktion wird Oxalacetyl-CoA gebildet, das dann zu Oxalacetat und freiem Coenzym A (CoA) hydrolysiert wird.
Oxalacetat, das aus der Hydrolyse von Oxalacetyl-CoA resultiert, kann im nächsten Krebszyklus zur Synthese von Citrat verwendet werden. Wenn jedoch Oxalacetat zur Synthese von Citrat verwendet wird, nimmt seine Menge im Zyklus ab, und um den stabilen Zustand des Krebszyklus aufrechtzuerhalten, ist es notwendig, die ständige Bildung von neuem Oxalacetat sicherzustellen.
Die Regeneration von Oxalacetat erfolgt durch Reaktionen, die zur Bildung von Oxalacetat aus den Zwischenprodukten des Krebszyklus führen. Insbesondere gibt es eine Reaktion, bei der freies Cetolisin (Acetyl-CoA) mit freiem Glyoxylat reagiert und ein Oxalacetat bildet. Diese Reaktion wird durch das Enzym Glyoxylat-Carboxylinase-katalysiert.
Somit gewährleistet die Regeneration von Oxalacetat die Stabilität des Krebszyklus und seine Fähigkeit, sich nach der Verwendung von Oxalacetat zur Synthese von Citrat zu erholen. Durch diesen Prozess kann der Krebszyklus für eine lange Zeit andauern und Energie und Interprodukte für den Zellstoffwechsel liefern.
