Citratzyklus (=Krebs oder Tricarbonsäurezyklus) Reaktionsgleichung
Acetyl-CoA + 3 NAD+ + FAD + ADP +Pi + 2 H2O —> 2 CO2 + 3 NADH + 2 H+ + FADH2 + ATP + CoA
Citratzyklus Schritt 1 (1. Phase)
-> Verknüpfung C2 + C4 = C6 Einheit
Oxalacetat + Acetyl-CoA + H2O -> Citrat + CoA + H+
Enzym: Citrat-Sythase (Synthase = ohne ATP)
Citratzyklus Schritt 2 (1. Phase)
Isomerisierung durch gekoppelte Dehydratisierung & Hydratisierung
2a: Citrat <-> cis-Aconitat + H2O
2b: cis-Aconitat + H2O <-> Isocitrat
Enzym: Aconitase
- Prosthetische Gruppe Fe-S
Citratzyklus Schritt 3 (2. Phase)
oxidative Decarboxylierung des Isocitrats
Enzym: Isocitrat-Dehydrogenase
Isocitrat + NAD+ <—> a-Ketoglutarat + NADH + CO2
Citratzyklus Schritt 4 (2. Phase)
Oxidative Decarboxylierung von a-Ketoglutarat
Enzym: a-Ketoglutarat-Dehydrogenase (Komplex)
a-Ketoglutarat + NAD+ + CoA <—> Succinyl-CoA + NADH + CO2
Prosthetische Gruppe Liponsäure, FAD und TPP
Citratzyklus Schritt 5 (2. Phase)
Substratkettenphosphorylierung
Succinyl-CoA-Synthethase (Sythethase = mit ATP)
Succinyl-CoA + ADP + Pi <—> Succinat + ATP + CoA
Citratzyklus Schritt 6 (3. Phase)
Oxidation
Succinat-Dehydrogenase
Succinat + FAD (enzymgebunden) <—> Fumarat + FADH2 (enzymgebunden)
Prosthetische Gruppe FAD und Fe-S
Citratzyklus Schritt 7 (3. Phase)
Hydratisierung
Fumarase
Fumarat + H2O <—> Malat
Citratzyklus Schritt 8 (3. Phase)
Malat-Dehydrogenase
Malat + NAD+ <—> Oxalacetat + NADH + H+
Nenne Funktion, Untereinheiten und Cofaktoren des a-Ketoglutarat-Dehydrogenase Komplexes.
- erzeugt das zweite NADH im Citratzyklus und wandelt α-Ketoglutarat über eine Decarboxylierung in eine C-4 Einheit um
Multienzymkomplex, analog zum Pyruvat Dehydrogenase Komplex
E1 a-Ketoglutarat-DH Thiaminpyrophosphat / TPP – abgeleitet aus Thiamin (B1)
E2 Transsuccinylase Liponamid – kein Vitaminderivat
E3 Dihydrolipoyl-DH FAD – abgeleitet aus Riboflavin (B2)
→ außerdem stöchiometrische Cofaktoren: CoA (aus Pantothensäure / B5) und NAD+ (aus Niacin / B3)
a-Ketoglutarat + NAD+ + CoA-SH —> Succinyl-CoA + NADH + H+ + CO2
Wie kann der Citrat-Zyklus reguliert werden?
- Hemmung durch hohen Energiegehalt (ATP / NADH) und hohe Konzentration an Produkten
- Kontrolle an Enzymen Isocitrat-Dehydrogenase (allosterische Aktivierung durch ADP – erhöht Substrataffinität) und α-Ketoglutarat-Dehydrogenase (Produkthemmung)
- Außerdem Regulation am Pyruvat-Dehydrogenase Komplex
Übungsblatt 1:
1. Wie lautet die Reaktionsgleichung der von der Pyruvat-Dehydrogenase katalysierten Reaktion. Aus welchen Komponenten setzt sich die Pyruvat-Dehydrogenase zusammen? Welche Reaktionen katalysieren diese Komponenten? Benennen Sie die prosthetischen Gruppen der einzelnen Komponenten.
Pyruvat + CoA-SH + NAD+ —> Acetyl-CoA + NADH + H+ + CO2
E1: Pyruvat-Dehydrogenase Komponente mit TPP-Gruppe —> Oxidative Phosphorylierung von Pyruvat
E2: Dihydrolipoyl-Transacetylase mit Liponamid Gruppe —> Transfer der Acetylgruppe auf CoA
E3: Dihydrolipoyl-Dehydrogenase mit einer FAD Gruppe —> Regeneration der oxidierten Form des Liponamids
2. Bei welchen Schritten des Citratzyklus werden Reduktionsäquivalente erzeugt?
Schritt 3: Isocitrat-Dehydrogenase
Isocitrat + NAD+ —> a-Ketoglutarat + NADH + H+ + CO2
Schritt 4: a-Ketoglutarat-Dehydrogenase-Komplex
a-Ketoglutarat + NAD+ + CoA-SH —> Succinyl-CoA + NADH+H+ + CO2
Schritt 6: Succinat-Dehydrogenase
Succinat + FAD —> Fumarat + FADH2
Schritt 8: Malat-Dehydrogenase
Malat + NAD+ —> Oxalacetat + NADH+H+
3. Bei der folgenden Reaktion des Citratzyklus beträgt der dG0-Wert = +29 kJ/mol, die Reaktion ist somit stark endergonisch. Weshalb verläuft diese Reaktion unter physiologischen Bedingungen aber spontan ab? Zeichnen Sie die Strukturformeln von Malat und Oxalacetat.
- Die Reaktion wird durch den Verbrauch von Oxalacetat bei der Synthese von Citrat aus Oxalacetat und Acetyl-CoA angetrieben
dG = dG0 + RxTxK (K = [CxD]/[AxB])
Wenn [C] also Oxalacetat immer geringer wird sorgt das Konzentrationsgefälle für ein spontanes ablaufen der Reaktion ?
4. Welche Aminosäuren lassen sich aus Oxalacetat und a-Ketoglutarat herstellen?
Oxalacetat —> Aspartat
a-Ketoglutarat —> Glutamat
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