Krebssyklusen

Der Krebszyklus, auch Citratzyklus oder Tricarbonsäurezyklus (TCA-Zyklus) genannt, ist ein zentraler Stoffwechselweg der Zellatmung. In Eukaryoten verläuft er in der Mitochondrienmatrix; bei Prokaryoten findet er im Cytosol statt. Der Zyklus oxidiert zwei Acetyl-CoA pro Glukose zu zwei CO2, während er Elektronenüberträger in Form von NADH und FADH2 sowie GTP (oder ATP) erzeugt. Die reduzierten Cofaktoren treiben anschließend die Atmungskette an und liefern die meiste zelluläre Energie.

Der Ablauf ist ein zyklischer Prozess aus acht enzymatischen Reaktionen. Acetyl-CoA kondensiert mit Oxaloacetat zu Citrat (Citrat-Synthase). Citrat wird durch Aconitase isomereisiert zu Isocitrat, das durch Isocitrat-Dehydrogenase decarboxyliert wird zu α-Ketoglutarat (NADH + CO2). Darauf folgt eine weitere oxidative Decarboxylierung durch α-Ketoglutarat-Dehydrogenase zu Succinyl-CoA (NADH + CO2). Succinyl-CoA wird durch Succinyl-CoA-Synthetase zu Succinat umgesetzt, wobei ein GDP bzw. ATP entsteht. Succinat wird durch Succinat-Dehydrogenase zu Fumarat oxidiert (FADH2). Fumarat hydratisiert zu Malat, das durch Malat-Dehydrogenase zu Oxaloacetat oxidiert wird und ein weiteres NADH liefert, womit der Zyklus erneut beginnen kann.

Ausbeute pro Acetyl-CoA: 3 NADH, 1 FADH2, 1 GTP (bzw. ATP) und 2 CO2. Pro Glukose, die zwei Acetyl-CoA liefert, ergeben sich somit doppelte Werte. Neben der Energie liefert der Zyklus Vorstufen für Biosynthese, etwa Oxaloacetat und α-Ketoglutarat als Aminosäurevorstufen sowie Succinyl-CoA in der Häm-Biosynthese.

Der Zyklus ist eng reguliert: ADP aktiviert, ATP und NADH hemmen ihn. Er hängt eng mit der Verfügbarkeit von Oxaloacetat und Acetyl-CoA sowie dem Gesamtenergiebedarf ab. Da die Elektronentransportkette Sauerstoff als Endakzeptor benötigt, wird der Krebszyklus indirekt an die aerobe Zellatmung gebunden.