Citratzyklus

Maria Ott-JablonskiBiochemie WS 04/05

Gliederung

• Funktion und Lokalisation des Citratzyklus• Teilschritte des Citratzyklus• Stöchiometrie• Oxidative Phosporylierung• Energiebilanz• Kontrollpunkte des Citratzyklus• Literatur (Stryer; 5. Auflage)

Funktion und Lokalisation des Citratzyklus

• Citratzyklus = Tricarbonsäure-(TCA) - Zyklus, Krebs - Zyklus

Fette Polysaccharide Proteine

Fettsäuren undGlycerin

Glucose undandere Zucker

Aminosäuren

Citrat-zyklus 2 CO2

oxidativePhosphorylierung

O2

H2O

ATP

oxidativePhosphorylierung

O2

H2O

ATP

CoA

Acetyl-CoA

Stufe I

Stufe III

Stufe II

8 e-

Stufen des Katabolismus

Funktion und Lokalisation des Citratzyklus

• Citratzyklus → mitochondriale Matrix• oxidative Phosphorylierung

→ innere Mitochondrienmembran

• Mitochondrien sind die Kraftwerke der Zellen

Citratzyklus

CitratIsocitrat

α-Ketoglutarat

Fumarat

Succinat

Oxalacetat

Malat

Succinyl-CoA

1

Citratzyklus 1. Schritt

Citrat-Synthase

Acetyl-CoA+ H2O

CoA

Oxalacetat Citrat

• Oxalacetat wirkt katalytisch

• Kondensation: Oxalacetat + Acetyl-CoA → Citryl-CoA

• Hydrolyse: Citryl-CoA + H2O → Citrat + CoA

Citratzyklus

CitratIsocitrat

α-Ketoglutarat

Fumarat

Succinat

Oxalacetat

Malat

Succinyl-CoA

1 2

Citratzyklus 2. Schritt

Aconitase

Citrat Isocitrat

•Isomerisierung:

•Dehydratisierung → cis-Aconitat

•Hydratisierung → Isocitrat

Citratzyklus

CitratIsocitrat

α-Ketoglutarat

Fumarat

Succinat

Oxalacetat

Malat

Succinyl-CoA

1 2

3

Citratzyklus 3. Schritt

Isocitrat-Dehydrogenase

NAD+ NADH + H+ + CO2

α-KetoglutaratIsocitrat

• oxidative Decarboxylierung:

•NAD+ = Wasserstoffakzeptor

•Oxidation: Isocitrat + NAD+ → Oxalsuccinat + NADH + H+

• Decarboxylierung: Oxalsuccinat → α-Ketoglutarat + CO2

Citratzyklus

CitratIsocitrat

α-Ketoglutarat

Fumarat

Succinat

Oxalacetat

Malat

Succinyl-CoA

1 2

3

4

Citratzyklus 4. Schritt

α-Ketoglutarat-Dehydrogenase-Komplex

NAD+ + CoA

NADH + H+ + CO2

α-Ketoglutarat Succinyl-CoA

• oxidative Decarboxylierung

•NAD+ = Wasserstoffakzeptor

• α-Ketoglutarat + NAD+ +CoA → Succinyl-CoA + NADH +

H+ + CO2

Citratzyklus

CitratIsocitrat

α-Ketoglutarat

Fumarat

Succinat

Oxalacetat

Malat

Succinyl-CoA

1 2

3

4

5

Citratzyklus 5. Schritt

Succinyl-CoA-Synthetase

GDP + Pi

GTP + CoA

Succinyl-CoA Succinat

• Spaltung der Thioesterbindung

• Phosphorylierung von GDP

• Succinyl-CoA + GDP + Pi → Succinat + GTP + CoA

Citratzyklus

CitratIsocitrat

α-Ketoglutarat

Fumarat

Succinat

Oxalacetat

Malat

Succinyl-CoA

1 2

3

4

56

Citratzyklus 6. Schritt

Succinat-Dehydrogenase

FAD FADH2

Succinat Fumarat

• Oxidation

• FAD (enzymgebunden) = Wasserstoffakzeptor

• Succinat + FAD → Fumarat + FADH2

Citratzyklus

CitratIsocitrat

α-Ketoglutarat

Fumarat

Succinat

Oxalacetat

Malat

Succinyl-CoA

1 2

3

4

56

7

Citratzyklus 7. Schritt

Fumerase

H2O

Fumarat Malat

• Hydratisierung:

• Fumarat + H2O → chirales 2S-Malat

Citratzyklus

CitratIsocitrat

α-Ketoglutarat

Fumarat

Succinat

Oxalacetat

Malat

Succinyl-CoA

1 2

3

4

56

7

8

Citratzyklus 8. Schritt

Malat-Dehydrogenase

NAD+ NADH + H+

Malat Oxalacetat

• Oxidation

• NAD+ = Wasserstoffakzeptor

• Malat + NAD+ → Oxalacetat + NADH + H+

Stöchiometrie / oxidative Phosphorylierung

• NettoreaktionAcetyl-CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2 H2O →2 CO2 + 3 NADH/H+ + FADH2 + GTP + CoA

oxidative Phosphorylierung:

NADH/H+ → 3 ATPFADH2 → 2 ATP

⇒ 12 ATP pro Citratzyklus

Kontrollpunkte des Citratzyklus

Citrat

α-Ketoglutarat

Fumarat

Succinat

Oxalacetat

Malat

Succinyl-CoA

Isocitrat

Acetyl-CoA

PyruvatATP, Acetyl-CoA

und NADH

ATP und

NADH

ATP, Succinyl-CoA

und NADH

⊕ ADP