Der Zitronensäurezyklus, auch Krebszyklus oder TCA-Zyklus genannt, ist der zentrale Knotenpunkt des Zellstoffwechsels. Es findet in der mitochondrialen Matrix statt und vervollständigt die Oxidation von Kohlenhydraten, Fetten und Proteinen durch die Umwandlung von Acetyl-CoA in Kohlendioxid.
Wie der Zitronensäurezyklus funktioniert
- Eintrag: Citratbildung
Acetyl-CoA (abgeleitet von Pyruvat, Fettsäuren oder Aminosäuren) verbindet sich mit Oxalacetat, einem Molekül mit vier Kohlenstoffatomen, und bildet Citrat, ein Molekül mit sechs Kohlenstoffatomen. Diese Reaktion wird durch Citrat-Synthase katalysiert und ist im Wesentlichen irreversibel.
- Isomerisierung und erste Oxidation
Citrat wird über das Zwischenprodukt cis-Aconitat zu Isocitrat isomerisiert. Isocitrat wird dann durch Isocitratdehydrogenase oxidiert, wodurch das erste Molekül CO2 freigesetzt wird und NADH entsteht. Das Produkt ist Alpha-Ketoglutarat, ein Molekül mit fünf Kohlenstoffatomen.
- Zweite Oxidation
Alpha-Ketoglutarat wird durch Alpha-Ketoglutarat-Dehydrogenase oxidiert, wobei ein zweites CO2 freigesetzt wird und NADH entsteht. Diese Reaktion ähnelt der Pyruvat-Dehydrogenase-Reaktion und erzeugt Succinyl-CoA.
- Phosphorylierung auf Substratebene
Succinyl-CoA wird durch Succinyl-CoA-Synthetase in Succinat umgewandelt. Diese Reaktion erzeugt GTP (oder ATP in einigen Organismen) durch Phosphorylierung auf Substratebene – den einzigen direkten ATP-produzierenden Schritt des Zyklus.
- Regeneration von Oxalacetat
Succinat wird durch Succinatdehydrogenase zu Fumarat oxidiert, wodurch FADH2 entsteht. Fumarat wird dann zu Malat hydratisiert und Malat wird durch Malatdehydrogenase zu Oxalacetat oxidiert, wodurch ein weiteres NADH entsteht. Das regenerierte Oxalacetat kann mit einem anderen Acetyl-CoA kombiniert werden.
- Nettoertrag pro Runde
Jede Runde des Zyklus erzeugt:
- 3 NADH
- 1 FADH2
- 1 GTP (oder ATP)
- 2 CO2
