Citratzyklus

Der Citratzyklus, auch Krebszyklus oder Zitronensäurezyklus genannt, ist ein zentraler Stoffwechselweg der zellulären Energiegewinnung. Er findet in der Matrix der Mitochondrien statt (bei Prokaryoten außerhalb der Mitochondrienmembran). Der Zyklus oxidiert die zwei Kohlenstoffatome der Acetylgruppe aus Acetyl-CoA, setzt zwei CO2 frei und liefert Reduktionsäquivalente in Form von NADH und FADH2. Er ist amphibolisch: Neben dem Abbau von Substraten dient er auch der Bereitstellung von Vorstufen für verschiedene Biosynthesewege.

Der Verlauf beginnt, wenn Acetyl-CoA mit Oxaloacetat zu Citrat umgesetzt wird, katalysiert durch Citratsynthase. Citrat wird durch Aconitase isomorph zu Isocitrat. Isocitrat wird durch Isocitrat-Dehydrogenase zu Alpha-Ketoglutarat oxidativ decarboxyliert, wobei NADH entsteht und CO2 abgegeben wird. Alpha-Ketoglutarat wird durch Alpha-Ketoglutarat-Dehydrogenase zu Succinyl-CoA oxidativ decarboxyliert (erneut NADH und CO2). Succinyl-CoA wird durch Succinyl-CoA-Synthetase zu Succinat; dabei wird GTP (oder ATP) gebildet. Succinat wird durch Succinat-Dehydrogenase zu Fumarat oxidiert; FADH2 entsteht. Fumarat wird durch Fumarase zu Malat hydratisiert und Malat schließlich durch Malat-Dehydrogenase zu Oxaloacetat oxidiert, womit der Kreis erneut beginnt.

Energie- und Kohlenstoffbilanz pro Acetyl-CoA: 3 NADH, 1 FADH2, 1 GTP und 2 CO2. Die Reduktionsäquivalente treiben die ATP-Bildung über die Elektronentransportkette. Über zwei Acetyl-CoA pro Glukose ergibt sich daher insgesamt 6 NADH, 2 FADH2, 2 GTP und 4 CO2 pro Glukosezyklus.

Der Zyklus dient auch der Bereitstellung wichtiger Zwischenprodukte, etwa Succinyl-CoA für Porphyrine und Kreatin, oder Oxaloacetat für Gluconeogenese und Lipidsynthese durch den Citrattransport in den Cytosol. Die Reaktionen werden durch Verfügbarkeit von Substraten und den Energierestand reguliert; zentrale Enzyme Citratsynthase, Isocitrat-Dehydrogenase und Alpha-Ketoglutarat-Dehydrogenase reagieren empfindlich auf NADH, ATP/ADP-Verhältnis und Calcium-Ionen. In Prokaryoten findet der Zyklus oft in der Nähe der Plasmamembran statt.