Die Bedeutung des Krebs-Zyklus

Der Krebs-Zyklus (entdeckt von Sir Hans Adolf Krebs) ist eine Reihe von Reaktionen, die Acetyl-CoA vollständig zu CO2 oxidieren kann, um die Energie zur Synthese von ATP, der Energiewährung der Zelle, freizusetzen; er besteht aus einer Reihe von Reaktionen, durch die der vollständige Abbau der Produkte der Glykolyse abgeschlossen wird.

Wichtige Prozesse für das Leben

Die Enzyme des Krebs-Zyklus befinden sich in der mitochondrialen Matrix; die Brenztraubensäure durchquert die Mitochondrienmembran und gelangt in das Mitochondrium, wo sie in Acetyl-CoA umgewandelt wird, das in den Krebs-Zyklus eintritt.

Die Atmungskette ist eine Reihe von Redoxreaktionen, die in den Mitochondrien stattfindet und die Atmungsprozesse abschließt; sie besteht aus einer Reihe von Molekülen, den sogenannten Protonen- und Elektronenüberträgern, die in den Mitochondrien-Cristae vorhanden sind.

Diese Moleküle übertragen bei ihrer Reduktion und Oxidation Protonen und Elektronen vom Substrat auf den molekularen Sauerstoff, der unter Bildung von Wasser reduziert wird; bei diesem Prozess entsteht ATP, doch damit die verschiedenen Reaktionsabfolgen der Kette ablaufen können, ist die Anwesenheit verschiedener spezifischer Enzyme erforderlich, die den gesamten Prozess katalysieren.

• Die Energiebilanz der aeroben Atmung eines Glukosemoleküls beträgt 38 ATP-Moleküle, was 266 Kilokalorien entspricht.
• Der Stoffwechsel einer Zelle umfasst unzählige biochemische Reaktionen; dennoch ist es möglich, einen Skelettstoffwechsel zu identifizieren.

Der Krebs-Zyklus, auch Tricarbonsäurezyklus oder Citratzyklus genannt, findet vollständig in der mitochondrialen Matrix statt, und seine Hauptfunktion besteht darin, als gemeinsamer Endweg der Oxidation organischer Moleküle (Kohlenhydrate, Lipide, Aminosäuren) über Acetyl-CoA und dessen Substrat zu dienen.

Acetyl-CoA stammt hauptsächlich aus der Glykolyse, der Beta-Oxidation sowie aus Aminosäuren und Ketonkörpern bei einem physiologischen Ereignis; der Krebs-Zyklus ist eine „Stoffwechselkreuzung“, an der der Großteil der Oxidation und der Energieproduktion einer Zelle abläuft.

Nachfolgend zwei Videos, die den Krebs-Zyklus und die ATP-Produktion darstellen; und obwohl das zweite Video auf Spanisch ist, zeigt es genau das, was wir darstellen möchten, jedoch mit einer hervorragenden 3D-Animation.

Die Verbindungen und der Krebs-Zyklus

Oxalacetat, eine Verbindung, die dem Prozess hilft und in sehr geringen Mengen vorhanden ist, kann daher mit einem Katalysator verglichen werden (der viele Male verwendet wird und am Ende der Reaktion wieder vorliegt).

Der Zyklus bewirkt die Oxidation von Kohlenstoff unter Einbindung von Verbindungen (wie CO2), vor allem aber von reduzierten Coenzymen (NADH + H⁺ und FADH2), die in der Atmungskette oxidiert werden, was zur Produktion großer Mengen ATP durch oxidative Phosphorylierung führt.

• Fette haben als organischer Brennstoff große Bedeutung, da sie einen hohen Brennwert besitzen, und der wichtigste Mechanismus der Energiegewinnung aus Lipiden besteht in der Oxidation der Fettsäuren.
• Die Hydrolyse der Lipide erfolgt durch spezifische Lipasen, die die Fettsäuren vom Glycerin freisetzen; sind die Fettsäuren gebildet, durchlaufen sie im Zytoplasma die Beta-Oxidation; das dabei entstehende Acetyl-CoA kann dann in den Krebs-Zyklus eintreten; die Energieausbeute der Beta-Oxidation eines Moleküls mit 16 Kohlenstoffatomen beträgt 130 ATP-Moleküle, was 910 Kilokalorien entspricht.
• Proteine werden im Verdauungstrakt hydrolysiert, und die Aminosäuren gelangen in die Zellen, wo sie verschiedene Arten der Oxidation durchlaufen können, die den Eintritt ihrer Derivate in den Krebs-Zyklus bestimmen; die beiden wichtigsten Mechanismen der Aminosäureoxidation sind die Transaminierung und die oxidative Desaminierung.

Die Transaminierung besteht in der Übertragung der Amingruppe einer Aminosäure auf eine Ketosäure, sodass eine Aminosäure abgebaut wird, damit eine andere gebildet wird; diese Reaktionen werden von Enzymen namens Transaminasen katalysiert; im Gegensatz dazu werden bei der oxidativen Desaminierung die Amingruppen der Aminosäuren in Form von NH3 freigesetzt.

Andererseits ist die Gärung, ein anaerober Prozess, an dem die Atmungskette nicht beteiligt ist, im Vergleich zur Atmung wenig ertragreich; ein Glukosemolekül liefert nur 2 ATP-Moleküle, da es sich um einen unvollständigen Prozess handelt, dessen Endprodukt eine organische Verbindung ist.