Citratzyklus (Vertiefungswissen)

Der Citratzyklus Hallo, ich bin Martin. Ich werde dir in diesem Video den Citratzyklus erklären. Der Citratzyklus ist einer der wichtigsten Stoffwechselvorgänge zur Energiegewinnung. Zunächst will ich aber die wichtigsten Begriffe vorab klären. Diese Begriffe sind Oxidation, Reduktion, Reduktionsäquivalente, Decarboxylierung. Und ich möchte dich auf die Verwendung verschiedener Begrifflichkeiten im Citratzyklus aufmerksam machen. Bei der Oxidation wird Sauerstoff aufgenommen, Wasserstoff abgegeben und es werden mit diesem Wasserstoff auch Elektronen abgegeben. Bei der Reduktion ist es genau umgekehrt. Es wird Wasserstoff aufgenommen, Sauerstoff abgegeben und somit werden auch Elektronen aufgenommen. Diese beiden Vorgänge sind hier sehr schematisch dargestellt, und in der Realität finden diese auch zur gleichen Zeit statt, man spricht dann von einer Redoxreaktion. Dabei geht es um den Transport von Wasserstoff, der immer gebunden vorkommen muss, um einer Knallgasreaktion und somit der Zerstörung der Zelle vorzubeugen. Transporter für den Wasserstoff können viele Stoffe sein. Jeder dieser Stoffe hat verschiedene Eigenschaften und Aufgaben im Körper. Für den Citratzyklus sind die folgenden wichtig: NAD+, NADH, FAD+, FADH2. Man nennt diese Stoffe Reduktionsäquivalente. Diese Stoffe ermöglichen den Transport von Wasserstoff in die Atmungskette zur Energiegewinnung. ADP, ATP, GDP und GTP übertragen Energie in Form von Phosphatgruppen direkt. Im Übrigen, den Film zur Atmungskette kannst du auch bei Sofatutor finden. Jetzt schauen wir uns aber den Citratzyklus an. Es gibt 8 Schritte, wobei der erste - Schritt 0 - den Übergang aus der Glykolyse in den Citratzyklus markiert. Schritt 0: Vor dem Citratzyklus steht Acetyl-Coenzym A, das in einer oxidativen Decarboxylierung, also der Abspaltung von Kohlenstoffdioxid aus Pyrovat entstanden ist. Dies reagiert mit Oxalacetat zu Citrat und somit unserem ersten Stoff im Citratzyklus, dem er im Übrigen auch seinen Namen verdankt.  Schritt 1: Bildung von Isocitrat. Durch das Enzym Aconitase wird die Hydroxilgruppe umgelagert und das entstandene Isocitrat kann somit oxidiert werden. Schritt 2: Oxidation von Isocitrat zu α-Ketoglutarat. Die Isocitratdehydrogenase katalysiert die oxidative Decarboxylierung von Isocitrat zu α-Ketoglutarat. Dabei entsteht das erste Molekül Kohlenstoffdioxid und NADH. Schritt 3: Oxidation von α-Ketoglutarat zu Succinyl-Coenzym A. Auch hier findet wieder eine oxidative Decarboxylierung statt und die Reaktion erinnert an die Reaktion von Pyrovat zu Acetyl-Coenzym A. Wie dort, so wird auch hier Kohlenstoffdioxid abgespalten, Coenzym A angelagert und es entsteht ein NADH. Schritt 4: Reaktion von Succinyl-Coenzym A zu Succinat. In diesem Reaktionsschritt wird Coenzym A wieder abgespalten und es entsteht ein GTP aus GDP+P. Dies reicht seinen aufgenommenen Phosphatrest an ADP weiter und es wird ein ATP frei. Schritt 5: Oxidation von Succinat zu Fumarat. Bei der Reaktion von Succinat zu Fumarat erhalten wir aus FAD+ FADH2. Schritt 6: Hydratisierung von Fumarat zu Malat. Hydratisierung, Dehydrogenase? Richtig, hier findet genau das Gegenteil einer Dehydrierung statt, also der Abspaltung von Wasserstoff. Hier liefert uns also Wasser den benötigten Wasserstoff.  Schritt 7: Oxidation von Malat zu Oxalacetat. In diesem letzten Schritt des Citratzyklus entsteht unter Abspaltung von Wasserstoff wieder NADH. Okay, jetzt sind wir also einmal im Kreis gelaufen. Denn wie du am Anfang gesehen hast, wird Oxalacetat nun wieder mit einem Acetyl-Coenzym A zu Citrat reagieren und damit in die nächste Runde gehen. Am Ende einer Reise blickt man zurück und betrachtet die wichtigsten Stationen noch einmal. Das wollen wir hier nun auch tun. Unsere wichtigen Stationen waren die Schritte 2, 3, 4, 5 und 7. Dort wurde Wasserstoff auf Reduktionsäquivalente übertragen. In Schritt 4 wurde ATP gebildet. Was bekommen wir nun raus aus einer Runde? Einmal ATP, einmal FADH2, dreimal NADH. Ein FADH2 entspricht 2 ATP und 1 NADH entspricht 3 ATP. Am Ende bekommen wir also 12 ATP heraus. Achtung, Fehlerquelle! Du musst natürlich darauf achten, wie viel Acetyl-Coenzym A durch den Citratzyklus kommt. Bei 1 Mol Glykose sind das also? Richtig! In der Glykolyse wird Glukose ja geteilt und es entstehen somit 2 Acetyl-Coenzym A. In Klausuren oder Tests lautet die Frage oft: Wie viel ATP wird im Citratzyklus aus 1 Mol Glukose gewonnen? Jetzt weißt du: Aus 1 Mol Glukose entsteht zweimal Acetyl-Coenzym A. Das bedeutet: zweimal ATP, zweimal FADH2 und sechsmal NADH. 1 Mol Glukose bringt also 24 ATP aus dem Citratzyklus. Zusammen mit den Videos zur Glykolyse und Atmungskette weißt du nun, wie Energie aus Glukose im Körper gebildet wird. In diesem Video habe ich dir gezeigt, wie der Citratzyklus funktioniert und wie viel ATP daraus hervorgehen. Auch habe ich dir die Wichtigkeit von Reduktionsäquivalenten erklärt, die für unseren Stoffwechsel von größter Bedeutung sind. Danke fürs Zuhören und bis bald. Dein Martin.