Citronensäurezyklus: Die Schlüsselstufe der Zellatmung verstehen

Der Citronensäurezyklus ist die erste Stufe eines zweistufigen Prozesses namens Zellatmung. Er ist auch als Tricarbonsäurezyklus (TCA) und, allgemeiner, als Krebs-Zyklus bekannt. Zellatmung ist der Prozess, bei dem Glukose in ATP (Adenosintriphosphat) oder eine nützliche Form chemischer Energie umgewandelt wird.

Die Fakten

Zellatmung ist ein komplizierter biologischer und chemischer Prozess, der typischerweise in zwei Stufen unterteilt wird. Der Prozess beginnt mit Glukose und Sauerstoff und bildet Kohlendioxid, Wasser und freie Energie. Die freie Energie wird dann eingefangen und als ATP gespeichert, laut teachersdomain.org.

Einführung

Glukose ist ein einfacher Zuckermolekül, der aus sechs Sauerstoffatomen, sechs Kohlenstoffatomen und 12 Wasserstoffatomen besteht. Lebewesen nehmen Nahrung (komplexe Kohlenhydrate) auf, die von der Leber in Glukose aufgespalten werden kann. Die Leber wandelt Moleküle in Glukose um, laut teachersdomain.org. Zellen können dann Glukose aus dem Blut (durch Kapillarwände) beziehen. Wenn Glukose das Innere einer Zelle erreicht, wird sie von den Mitochondrien (den Organellen, in denen der Citronensäurezyklus stattfindet) aufgenommen.

Geschichte

Der Citronensäurezyklus ist eine Reihe von enzymkatalysierten chemischen Reaktionen, die in den Mitochondrien stattfindet. Im Jahr 1937 wurde diese erste Stufe der Zellatmung erstmals von Albert Szent-Györgyi und Hans Krebs identifiziert, daher der Name Krebs-Zyklus (offiziell als Szent-Györgyi-Krebs-Zyklus bezeichnet). Szent-Györgyi erhielt 1937 den Nobelpreis für seine Entdeckungen eines biologischen Verbrennungsprozesses und Krebs erhielt 1953 den Nobelpreis für die Entdeckung des Citronensäurezyklus.

Funktion

Der Citronensäurezyklus nimmt bestimmte Verbindungen, die Protonen und Elektronen an die Elektronentransportkette spenden, laut „Citric Acid (Krebs) Cycle“ auf ccbcmd.edu. Die Elektronentransportkette erzeugt dann ATP durch den Prozess der oxidativen Phosphorylierung. Darüber hinaus produziert der Krebs-Zyklus auch 2 ATP durch den Prozess der Substratphosphorylierung. Durch die Bereitstellung von Vorläufermetaboliten spielt der Citronensäurezyklus auch eine wichtige Rolle im Fluss von Kohlenstoff durch die Zelle. Im Allgemeinen besteht er aus acht unterschiedlichen Schritten (von denen jeder von einem einzigartigen Enzym katalysiert wird).

Merkmale

Der Citronensäurezyklus beginnt, wenn Coenzym A seine 2-kohlenstoffhaltige Acetylgruppe an die 4-kohlenstoffhaltige Verbindung Oxalacetat überträgt. Dieser Schritt führt zu einem 6-kohlenstoffhaltigen Molekül Citrat. In Schritt 2 wird das Citrat umgeordnet, um Isocitrat (eine isomere Form des Moleküls) zu bilden, laut ccbcmd.edu. In Schritt 3 wird das Isocitrat oxidiert und ein Kohlendioxidmolekül entfernt. Die Entfernung produziert ein 5-kohlenstoffhaltiges Molekül namens Alpha-Ketoglutarat. In Schritt 4 wird Alpha-Ketoglutarat oxidiert, das Kohlendioxidmolekül entfernt und Coenzym A hinzugefügt, um Succinyl-CoA (eine 4-kohlenstoffhaltige Verbindung) zu bilden. In Schritt 5 des Citronensäurezyklus wird CoA aus Succinyl-CoA entfernt, um Succinat zu produzieren. Energie wird freigesetzt und dient der Herstellung von GTP (Guanosintriphosphat) und wiederum zur Herstellung von ATP. In Schritt 6 wird Succinat oxidiert, um Fumarat zu erzeugen, und in Schritt 7 wird Wasser zu Fumarat hinzugefügt, um Malat zu bilden. In Schritt 8 wird Malat oxidiert, um Oxalacetat (die Ausgangsverbindung des Citronensäurezyklus) zu produzieren.