AMBOSS: Citratzyklus Flashcards
Wozu dient der Citratzyklus bzw. was ist sein Ziel?
Im Citratzyklus wird das in vorangegangenen Stoffwechselwegen (bspw. durch Glykolyse) entstandene Acetyl-CoA weiter zu CO2 abgebaut.
Damit nimmt der Citratzyklus eine zentrale Stellung im Stoffwechsel ein.
Durch die zyklische Reaktionsfolge werden die Reduktionsäquivalente FADH2 und NADH+H+ gebildet,
welche anschließend in die Atmungskette eingehen
und dort zur Energiegewinnung genutzt werden.
Darüber hinaus werden im Citratzyklus verschiedene Substrate für Synthesevorgänge in der Zelle hergestellt.
Welche Umwandlungen bzw. Reaktionsschritte finden jeweils in Phase 1 und Phase 2 des Citratzyklus statt?
- Acetyl-CoA wird zu 2 CO2 oxidiert,
wobei am Ende der Reaktionsfolge Succinat entsteht
Acetyl-CoA + Oxalacetat
→ Citrat
→ Isocitrat
→ α-Ketoglutarat + CO2↑
→ Succinyl-CoA + CO2↑
→ Succinat
- Der benötigte Ausgangsstoff Oxalacetat wird aus Succinat regeneriert
Succinat
→ Fumarat
→ Malat
→ Oxalacetat
Beschreibe die ersten 3 Reaktionen in Phase 1 genauer
(u.a. beteiligte Enzyme, Reaktionstyp)!
Die erste Reaktion der Phase 1 des Citratzyklus
wird von der Citratsynthase katalysiert.
Dabei entsteht aus Acetyl-CoA und Oxalacetat
unter Abspaltung von CoA
das namensgebende Citrat.
In der zweiten Reaktion wird das Citrat einfach zu Isocitrat umgelagert.
Das zur Isomerisierung benötigte Enzym heißt Aconitase,
was sich vom Zwischenprodukt der Reaktion (cis-Aconitat) ableitet.
Weil Isocitrat rasch weiterverwertet wird,
läuft die Reaktion in diese Richtung ab,
obwohl das Gleichgewicht eigentlich auf Seiten des Citrats liegt.
Isocitrat wird durch oxidative Decarboxylierung
zu α-Ketoglutarat umgewandelt,
nebenbei entsteht CO2.
Diese Reaktion wird von der Isocitratdehydrogenase katalysiert
und liefert das erste Reduktionsäquivalent NADH+H+.
Was geschieht in der vierten (vorletzten) Reaktion von Phase 1 des Citratzyklus?
Beschreibe das beteiligte Enzym etwas näher!
In der vorletzten Reaktion der Phase 1 des Citratzyklus
katalysiert der α-Ketoglutaratdehydrogenase-Komplex
die Umwandlung von α-Ketoglutarat zu Succinyl-CoA.
Dies geschieht durch oxidative Decarboxylierung,
und wie bei der oxidativen Decarboxylierung im vorangegangenen Schritt
entstehen auch in diesem Rahmen CO2 und NADH+H+.
Der α-Ketoglutaratdehydrogenase-Komplex besteht aus drei Enzymen:
1. Dihydrolipoyldehydrogenase
2. Transsuccinylase
3. α-Ketoglutaratdehydrogenase E1.
Der Komplex ähnelt funktionell der Pyruvatdehydrogenase
und benötigt auch dieselben Cofaktoren
(TPP, Liponamid, Coenzym A, FAD und NAD+).
Mit welcher Reaktion endet die Phase 1 des Citratzyklus?
In der fünften und letzten Reaktion der Phase 1 des Citratzyklus entsteht Succinat,
indem vom Succinyl-CoA durch die Succinyl-CoA-Synthetase CoA abgespalten wird.
Die durch Spaltung der Thioesterbindung zwischen Succinat und CoA freigewordene Energie wird genutzt,
um durch Substratkettenphosphorylierung aus GDP
das energiereiche Molekül GTP zu bilden.
Wie wird in Phase 2 des Citratzyklus der Ausgangsstoff regeneriert?
Benenne auch die Reaktionstypen und beteiligten Enzyme!
Welches Enzym hat hier eine Doppelfunktion?
Mit der sechsten Reaktion beginnt Phase 2 des Citratzyklus.
Die Oxidation von Succinat wird durch die Succinatdehydrogenase katalysiert
(ein Enzym, das in der inneren Mitochondrienmembran sitzt
und ein Teil des Komplexes II der Atmungskette ist).
Dabei entsteht neben Fumarat auch ein Reduktionsäquivalent,
nämlich FADH2.
Fumarat wird anschließend durch die Fumarase zu Malat umgewandelt,
indem Wasser addiert wird.
Der letzte Schritt zur Regeneration von Oxalacetat
ist die Oxidation von Malat
durch die Malatdehydrogenase,
was in einem weiteren NADH+H+ resultiert.
Damit schließt sich der Kreis nach acht Reaktionen.
Woher kann das im letzten Schritt des Citratzyklus benötigte Malat auch stammen
und wie wird es in den Citratzyklus eingeschleust?
Malat kann auch aus dem Fumarat des Harnstoffzyklus
oder durch eine sog. anaplerotische Reaktion hergestellt werden.
Bei letzterer katalysiert das Malat-Enzym im Zytosol
die reduktive Carboxylierung von Pyruvat zu Malat.
Malat wird mithilfe des Malat-Aspartat-Shuttles ins Mitochondrium transportiert
und kann dort in den Citratzyklus eingeschleust werden.
Welche Rolle spielt die Isocitratdehydrogenase bei der Regulation des Citratzyklus?
Eine Regulation des gesamten Citratzyklus ist nicht möglich,
es können jedoch einzelne Reaktionsschritte aktiviert oder gehemmt werden.
So kann z.B. die Isocitratdehydrogenase durch ATP und NADH+H+
(= das Produkt der von ihr katalysierten Reaktion)
allosterisch gehemmt werden.
