Citratzyklus (Krebszyklus)

Der Citratzyklus wurde 1937 von Hans Krebs beschrieben (Nobelpreis 1953) und ist einer der am besten erforschten Stoffwechselwege. Er bildet die zentrale Drehscheibe des Zellstoffwechsels, weil er nicht nur dem Energiegewinn dient, sondern auch Zwischenprodukte fuer Biosynthesen liefert.

Der Ablauf in acht Schritten:

• Schritt 1 (Citrat-Synthase): Acetyl-CoA (2C) verbindet sich mit Oxalacetat (4C) zu Citrat (6C). Dieser Schritt ist irreversibel und wird durch die Citrat-Synthase katalysiert - ein Schluesselenzym der Regulation.
• Schritt 2 (Aconitase): Citrat wird zu Isocitrat umgelagert. Aconitase enthaelt ein Eisen-Schwefel-Cluster und ist anfaellig fuer oxidativen Stress und Fluoroacetat-Hemmung.
• Schritt 3 (Isocitrat-Dehydrogenase): Isocitrat wird zu Alpha-Ketoglutarat oxidiert - die erste CO2-Freisetzung und die erste NADH-Produktion des Zyklus. Dieser Schritt wird durch die NAD+/NADH-Ratio reguliert.
• Schritt 4 (Alpha-Ketoglutarat-Dehydrogenase): Alpha-Ketoglutarat wird zu Succinyl-CoA umgewandelt - die zweite CO2-Freisetzung und zweite NADH-Produktion. Dieser Enzymkomplex benoetigt fuenf Cofaktoren: Thiamin (B1), Liponamid, CoA (Pantothensaeure/B5), FAD (B2) und NAD+ (B3).
• Schritt 5 (Succinyl-CoA-Synthetase): Succinyl-CoA wird zu Succinat umgesetzt, wobei GTP (oder ATP) gebildet wird - die einzige Substratkettenphosphorylierung im Zyklus.
• Schritt 6 (Succinat-Dehydrogenase / Komplex II): Succinat wird zu Fumarat oxidiert. Dieses Enzym ist gleichzeitig Komplex II der Atmungskette und uebertraegt Elektronen auf FAD, wobei FADH2 entsteht.
• Schritt 7 (Fumarase): Fumarat wird zu Malat hydratisiert.
• Schritt 8 (Malat-Dehydrogenase): Malat wird zu Oxalacetat oxidiert - die dritte NADH-Produktion. Oxalacetat steht nun wieder fuer Schritt 1 bereit, und der Zyklus beginnt von vorn.

Pro Glukose-Molekuel durchlaeuft der Citratzyklus zweimal (da Glukose zu 2 Pyruvat und dann zu 2 Acetyl-CoA abgebaut wird). Die Gesamtausbeute pro Glukose aus dem Citratzyklus: 6 NADH, 2 FADH2, 2 GTP.

Der Citratzyklus ist nicht nur katabolen (abbauend), sondern auch anabolen (aufbauend) - er liefert Vorstufen fuer:

• Aminosaeure-Synthese (Alpha-Ketoglutarat, Oxalacetat)
• Fettsaeure-Synthese (Citrat wird exportiert und zu Acetyl-CoA zurueckgespalten)
• Haem-Synthese (Succinyl-CoA)
• Gluconeogenese (Oxalacetat)

Diese Doppelfunktion bedeutet, dass Zwischenprodukte staendig abgezogen und wieder aufgefuellt werden muessen (Anaplerose). Das wichtigste anaplerotische Enzym ist die Pyruvat-Carboxylase, die Pyruvat zu Oxalacetat carboxyliert.