Krebs-Zyklus Enzyme

Von Dr. Catherine Shaffer, Ph.D.Bewertet von Dr. Liji Thomas, MD

Der Krebszyklus, auch als Zitronensäurezyklus bekannt, ist eine Reihe von enzymatischen Reaktionen, die Energie aus gespeicherten Kohlenhydraten, Fetten und Proteinen freisetzen.

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Der Krebs-Zyklus wurde erstmals 1937 von Hans Adolf Krebs vorgeschlagen. Der Zyklus produziert auch Aminosäurevorläufer und reduziertes Nicotinamidadenindinukleotid (NADH). Es ist der primäre Stoffwechselweg für alle aeroben Prozesse im tierischen Gewebe. Bei Eukaryoten findet der Krebszyklus in der Mitochondrienmatrix statt, während er bei Prokaryoten im Cytosol vorkommt.

Krebs-Zyklus Schritte

Acetyl-CoA ist der Ausgangspunkt für den Krebs-Zyklus. Während der acht Reaktionen des Zyklus werden drei Moleküle NADH und eines von Flavinadenindinukleotid (FAD / FADH2) produziert. Im Folgenden sind die Schritte im Zyklus:

1. Acetyl-CoA wird mit Oxalacetat durch Citratsynthase kombiniert, um ein Sechs-Kohlenstoff-Molekül zu bilden. Dann wird das Zitronensäuremolekül aus dem Enzymkomplex freigesetzt.
2. Ein Wassermolekül wird von der 3′-Position auf Zitronensäure entfernt und an der 4′-Position durch das Enzym Aconitase wieder hinzugefügt, was zu Isocitrat führt.
3. Isocitratdehydrogenase katalysiert die Oxidation einer 4′ -OH-Gruppe von Isocitrat zu Alpha-Ketoglutarat. Ein Molekül NAD wird in NADH umgewandelt.
4. Alpha-Ketoglutarat wird decarboxyliert, wobei ein anderes Molekül NAD durch Alpha-Ketoglutarat-Dehydrogenase in NADH umgewandelt wird, wobei Succinyl-CoA erhalten wird, das eine instabile Verbindung ist.
5. Succinyl-CoA-Synthetase katalysiert die Addition einer freien Phosphatgruppe an Guanosindiphosphat (GDP), wodurch Guanosintriphosphat entsteht. Dabei wird die CoA-Gruppe aus Succinyl-CoA freigesetzt. Das resultierende Molekül ist Succinat.
6. Zwei Wasserstoffatome werden aus Succinat freigesetzt, wenn Succinatdehydrogenase FAD zu FADH reduziert2. Der Ausgang der Reaktion ist Fumarat.
7. Fumarase katalysiert die Addition einer -OH-Gruppe an Fumarat und erzeugt L-Malat.
8. In der Endreaktion des Zyklus wird Oxalacetat durch Oxidation von L-Malat durch Malatdehydrogenase regeneriert. Ein Molekül NAD wird in NADH umgewandelt.

Krebszyklusenzyme

Die Krebszyklusenzyme sind Membranproteine, die in der Matrix der Mitochondrien vorkommen, mit Ausnahme der Succinatdehydrogenase, die ein integrales Membranprotein ist, das an die innere Mitochondrienmembran gebunden ist.

Während NAD die prothetische Gruppe ist, die verwendet wird, um die Protonen aufzunehmen, die während der drei Oxidationsschritte erzeugt werden, wird FAD von Succinatdehydrogenase verwendet. Das endgültige Schicksal dieser reduzierten Coenzyme besteht darin, durch Eintritt in die Elektronentransportkettenreaktionen in der inneren Mitochondrienmembran reoxidiert zu werden, wenn ATP erzeugt wird.

Einige Reaktionen des Krebs-Zyklus befinden sich nahe am thermodynamischen Gleichgewicht und sind daher bidirektional. Dazu gehören Enzyme, die Succinat, Fumarat, Malat und Oxalacetat ineinander umwandeln. Die Reversibilität der Reaktionen ermöglicht die Erzeugung von Vorläufern für die Glucosesynthese, Fettsäure- und Cholesterinsynthese, Aminosäureanabolismus, Nukleotide und Häm-Biosynthese.

Der Krebs-Zyklus verbraucht etwa zwei Drittel des gesamten vom Körper verbrauchten Sauerstoffs und erzeugt etwa ⅔ der Energie. Es spielt eine Rolle bei der Glukoneogenese, Transaminierung, Desaminierung und Lipogenese. Es wurden nur sehr wenige genetische Anomalien des Krebszyklus gefunden, möglicherweise weil es überlebenswichtig ist.

Evolution des Krebszyklus

Die meisten Enzyme des Krebszyklus werden im Zellkern von Eukaryoten kodiert. Es wird angenommen, dass Kerngene während der Evolution von angestammten mitochondrialen Genen erworben wurden. Während dieses Prozesses, bekannt als Endosymbiose, Zellen begannen in symbiotischen Beziehungen zu leben.

Die Mitochondrien und Chloroplasten sollen ursprünglich frei lebende Zellen gewesen sein, die schließlich in anderen Zellen zu leben begannen. Vor diesem Ereignis können Krebszyklusenzyme nur als isolierte Schritte im Wirt und in den Mitochondrien operiert haben.

Verschiedene Isoformen der Enzyme in verschiedenen Zellkompartimenten können als Folge von Gentransferereignissen entstanden sein. Der Prozess, durch den diese isolierten Schritte im Zyklus zusammenkamen, um einen komplexen, kritischen Zyklus zu bilden, der für das Leben notwendig ist, ist noch nicht verstanden.

Weiterführende Literatur

• Alle biochemischen Inhalte
• Eine Einführung in die Enzymkinetik
• Chiralität in der Biochemie
• L- und D-Isomere
• Suzuki-Miyaura-Kreuzkupplungsreaktion

Geschrieben von

Dr. Catherine Shaffer

Catherine Shaffer ist eine freiberufliche Wissenschafts- und Gesundheitsautorin aus Michigan. Sie hat für eine Vielzahl von Fach- und Verbraucherpublikationen zu Life Sciences-Themen geschrieben, insbesondere im Bereich der Wirkstoffentdeckung und -entwicklung. Sie promovierte in biologischer Chemie und begann ihre Karriere als Laborforscherin, bevor sie zum wissenschaftlichen Schreiben überging. Sie schreibt und veröffentlicht auch Belletristik und genießt in ihrer Freizeit Yoga, Radfahren und die Pflege ihrer Haustiere.

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