Citratzyklus - Ablauf

Der Citratzyklus, auch Krebs-Zyklus genannt, ist ein zentraler Stoffwechselweg in der Zellatmung. Er findet in der Matrix der Mitochondrien statt und besteht aus einer Reihe von enzymatischen Reaktionen. Hier ist der grundlegende Ablauf:

1. Der Acetylrest von Acetyl-CoA wird auf einen C4-Körper namens "Oxalacetat" übertragen. Dabei entsteht der C6-Körper Citrat.

2. In den folgenden Reaktionen werden zwei Kohlenstoffatome unter Reaktion mit Sauerstoff zu dem energiearmen Kohlenstoffdioxid (CO2) oxidiert. Das CO2 verlässt den Zyklus als Endprodukt.

Highlight: Die Abgabe von CO2 im Citratzyklus ist der Grund, warum wir beim Atmen CO2 ausatmen.

3. Die nachfolgenden Schritte führen zur Regeneration des Oxalacetats. Dadurch kann ein zweites Pyruvat-Molekül den Zyklus durchlaufen.

4. Am Ende des Prozesses ist das ursprüngliche Glucose-Molekül vollständig zu sechs Kohlenstoffdioxid-Molekülen oxidiert worden.

Example: Man kann sich den Citratzyklus wie ein chemisches Karussell vorstellen, bei dem in jeder Runde zwei Kohlenstoffatome als CO2 "abspringen" und am Ende wieder der Ausgangsstoff (Oxalacetat) entsteht.

Der Citratzyklus ist ein Beispiel für die elegante Effizienz biologischer Systeme, da er nicht nur Energie in Form von Reduktionsäquivalenten liefert, sondern auch wichtige Zwischenprodukte für andere Stoffwechselwege bereitstellt.

Atmungskette

Die Atmungskette ist der letzte Schritt der Zellatmung und findet in der inneren Mitochondrienmembran statt. Sie ist für den Großteil der ATP-Produktion verantwortlich und nutzt die Energie der Elektronen aus NADH+H+ und FADH2, die in der Glykolyse und im Citratzyklus gewonnen wurden.

Wichtige Merkmale der Atmungskette:

1. Sie läuft in kleinen Schritten ab, um eine plötzliche, starke Energiefreisetzung (Knallgasreaktion) zu verhindern.

2. FADH2 und NADH+H+ aus Glykolyse und Citratzyklus werden in die Atmungskette eingeschleust.

3. Die Elektronen reagieren letztendlich mit dem finalen Elektronenakzeptor, elementarem Sauerstoff (O2).

Highlight: Der Sauerstoff erzeugt durch sein höheres Redoxpotential gegenüber den Wasserstoffüberträgern ein Spannungsgefälle, das die Energiegewinnung ermöglicht.

4. Die Atmungskette besteht aus vier Enzymkomplexen (I, II, III, IV), die in der Lage sind, Elektronen entlang des elektrischen Spannungsgefälles weiterzureichen.

Vocabulary: Redoxpotential bezeichnet die Fähigkeit einer chemischen Spezies, Elektronen aufzunehmen oder abzugeben.

Die Atmungskette ist ein Beispiel für die hocheffiziente Energieumwandlung in biologischen Systemen und zeigt, wie die Zelle die chemische Energie aus Nährstoffen optimal nutzt.

Citratzyklus - Pyruvatoxidation

Bevor der eigentliche Citratzyklus beginnt, findet die Pyruvatoxidation statt. Dieser Prozess bereitet das Pyruvat aus der Glykolyse für den Citratzyklus vor und findet in der Matrix der Mitochondrien statt.

Der Ablauf der Pyruvatoxidation:

1. Von dem Pyruvat wird ein energiearmes CO2-Molekül abgespalten. Übrig bleibt ein energiereicher C2-Körper, das "Acetat".

2. Das Acetat wird zu einer etwas energieärmeren Acetylgruppe oxidiert. Dabei wird NAD+ zu NADH+H+ reduziert.

3. Die Acetylgruppe wird an Coenzym A gehängt. Es entsteht Acetyl-CoA, auch "aktivierte Essigsäure" genannt.

Vocabulary: Acetyl-CoA ist ein wichtiges Molekül im Stoffwechsel, das als Verbindung zwischen Glykolyse und Citratzyklus dient.

4. Die hohe Aktivität des Acetyl-CoA führt zur Einschleusung in den Citratzyklus in der Mitochondrienmatrix.

Highlight: Die Pyruvatoxidation ist ein entscheidender Schritt, der die Energie aus der Glykolyse für den Citratzyklus verfügbar macht.

Dieser Prozess verdeutlicht, wie die verschiedenen Stufen der Zellatmung miteinander verknüpft sind und wie effizient der Körper Energie aus Nährstoffen gewinnt.