Arbeitsblatt: Ablauf de Citratzyklus
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Käthe-Kollwitz-Schule Steinbeisstraße 17 73730 Esslingen Stoffwechsel Citratzyklus auch Zitronensäurezyklus, Tricarbonsäurezyklus oder Krebs-Zyklus genannt A H2O CoA­SH H2O F NADH+H+ NAD+ COOH | HO­CH | CH2 | COOH Äpfelsäure 1 B COOH | CH2 | HC­COOH | HO­CH | COOH 2 8 iso-Zitronensäure CO2 7 H2O 3 NAD+ E NADH+H+ C CoA­SH 4 6 FADH2 FAD D 5 GTP GDP + Pi H2O COOH | CH2 | CH2 | C=O | S­CoA CO2 NAD+ NADH+H+ Bernsteinsäure-CoA ADP ATP COOH | CH2 | CH2 | C=O | COOH COOH | CH2 | CH2 | COOH COOH | CH ∥ HC | COOH S­CoA | C=O | CH3 -1- COOH | O=C | CH2 | COOH COOH | CH2 | HO­C­COOH | CH2 | COOH letzte Aktualisierung 25.10.10 Käthe-Kollwitz-Schule Steinbeisstraße 17 73730 Esslingen Stoffwechsel Beschreibung der einzelnen Reaktionsschritte Achtung: in der Abbildung sind die Säuren dargestellt, in der Beschreibung werden die Namen der Salze verwendet (vgl. Tabelle). 1. Acetyl-CoA überträgt seine Acetylgruppe (C2-Körper) auf Oxalacetat unter Addition eines Wassermoleküls. Es entsteht Citrat. Die Citrat-Synthase katalysiert diesen Schritt. 2. Citrat wird isomerisiert zu Isocitrat. Diese Isomerisierung wird durch eine Dehydratisierung (Abspaltung eines Wassermoleküls) und einer anschließenden Hydratisierung (Anlagerung eines Wassermoleküls) erreicht. Das Resultat der Isomerisierung ist, der Austausch eines H-Atoms und einer OH-Gruppe. Die Aconitase katalysiert diesen Schritt. 3. In der ersten von insgesamt vier Oxidations-Reduktionsreaktionen wird Isocitrat zu einer instabilen Zwischenverbindung oxidiert, während NAD+ zu NADH+H+ reduziert wird. Die instabile Zwischenverbindung gibt ein CO2 ab und wird in α-Ketoglutarat umgewandelt. Die Isocitrat-Dehydrogenase katalysiert diesen Schritt. 4. Succinyl-CoA entsteht in einer Oxidations-Reduktionsreaktion aus α-Ketoglutarat. Dabei wird α-Ketoglutarat oxidiert, während NAD+ zu NADH+H+ reduziert wird. Außerdem wird in dieser Reaktion ein CO2 abgespalten und das Molekül wird über eine energiereiche Thioesterbindung mit Coenzym A „aktiviert“. Der α-Ketoglutarat-Dehydrogenase-Komplex katalysiert diesen Schritt. 5. Das Coenzym A wird vom Succinyl-CoA abgespalten und es entsteht Succinat. Die Hydrolyse des Thioesters (ΔG ≈ -33,5 kJ • mol-1) ist gekoppelt mit der Phosphorylierung des Guanosindiphospates zur GTP, GTP überträgt ein Phosphat auf ADP so dass ATP entsteht. Zwei Enzyme sind an dieser Reaktion beteiligt: Succinyl-CoA-Synthethase und Nucleosiddiphosphat-Kinase. 6. Succinat wird zu Fumarat oxidiert. Die frei werdende Energie ist nicht hoch genug um NAD+ zur reduzieren. Hier wird FAD zur FADH2 reduziert, welches nicht vom Enzym dissoziiert, sondern die Elektronen direkt an die Atmungskette weiter gibt. Die Succinat-Dehydrogenase katalysiert diesen Schritt, sie ist ein integraler Bestandteil der Mitochondrienmembran uns direkt mit der Atmungskette verbunden. 7. Fumarat wird hydratisiert, d.h. Wasser wird addiert und Malat entsteht. Die Fumarase katalysiert diese stereospezifische trans-Addition von H und OH, sodass nur L-Malt entsteht. 8. Oxalacetat wird durch die Oxidation von Malat regeneriert. NAD + dient hier als Wasserstoffakzeptor und wird zu NADH+H+ reduziert. Die Malat-Dehydrogenase katalysiert diesen Schritt. Namen der Säuren und entsprechenden Salze Säure Salz Säure Salz α-Ketoglutarsäure α-Ketoglutarat Fumarsäure Fumarat Acetyl-CoA Acetyl-CoA Isozitronensäure Isocitrat Äpfelsäure Malat Oxalessigsäure Oxalacetat Bernsteinsäure Succinat Zitronensäure Citrat Bernsteinsäure-CoA Succinyl-CoA Literatur: Stryer, L., Biochemie, Völlig neubearbeitet Auflage, Spektrum Akademischer Verlag GmbH, Heidelberg • Berlin • Oxford, 1987 -2- letzte Aktualisierung 25.10.10
