Citratzyklus

Citratzyklus oder Krebs-Zyklus, biochemische Reaktionskette, die in den Zellen abläuft und für den Energie liefernden Endabbau der Nährstoffmoleküle zu Kohlendioxid, Wasser und Energie verantwortlich ist.

Dieser Vorgang, an dem mehrere in den Mitochondrien lokalisierte Enzyme mitwirken, ist auch unter dem Namen Tricarbonsäurezyklus bekannt. Der Citratzyklus ist in den Zellen von allen Tieren, Pflanzen sowie in den meisten Bakterien zu finden. Bei Lebewesen, die einen Zellkern besitzen, finden die Reaktionen in den Mitochondrien statt. Bei den Mitochondrien handelt es sich um Zellorganellen von Eukaryontenzellen, die oft auch als die „Kraftwerke” der Zelle bezeichnet werden. Als Entdecker des Zyklus gilt der Biochemiker Hans Adolf Krebs, der 1937 seine wichtigsten Reaktionsschritte beschrieb.

Die Nährstoffe treten als das aus dem Protein-, Kohlenhydrat- und Fettstoffwechsel stammende Zwischenprodukt Acetyl-Coenzym A in den Citratzyklus ein. Jede derartige Molekülgruppe (CH₃CO˜SCoA) enthält zwei Kohlenstoffatome, die mit Wasserstoff und Sauerstoff verbunden sind. Am Anfang des Zyklus kondensiert das Acetyl-CoA mit Oxalacetat, einem Molekül mit vier Kohlenstoffatomen, zu Citrat, das sechs Kohlenstoffatome enthält. Dieses Molekül wird über eine Reihe weiterer Reaktionen des Zyklus wieder zu Oxalacetat regeneriert.

Dabei werden zwei Kohlenstoffatome abgespalten und als Kohlendioxid freigesetzt. Gleichzeitig werden acht Reduktionsäquivalente in Form von NADH und FADH2 gebildet, die anschließend die Elektronentransportkette der Atmungskette durchlaufen und zur Bildung energiereicher Moleküle, Adenosintriphosphat (ATP), dienen. Ein weiteres Produkt des Zyklus ist das Guanosintriphosphat (GTP), ebenfalls eine energiereiche Verbindung. ATP und GTP dienen in der Zelle als „Brennstoffe” (Energieträger) für viele andere Stoffwechselvorgänge. Am Ende des Citratzyklus entsteht wieder Oxalacetat, das sich erneut mit einer Acetylgruppe verbindet, so dass der Kreislauf wieder von vorne beginnt.

Der Citratzyklus ist für die Zellen ein sehr energiesparender Mechanismus, um die in den Nährstoffen gespeicherte Energie nutzbar zu machen. Abgebaut werden bei dem ganzen Vorgang nur die Acetylgruppen. Die beteiligten Enzyme sowie die Zwischenprodukte werden immer wieder regeneriert. Außerdem dienen viele Zwischenstufen des Zyklus als Ausgangsmaterial für die Synthese von Aminosäuren, Kohlenhydraten und anderen biochemischen Produkten der Zellen. Wie US-amerikanische Forscher der George Mason University in Virginia 2000 in den Proceedings of the National Academy of Sciences auf der Basis von Computersimulationen berichteten, gibt es für Leben, das auf Kohlenstoff und Wasser basiert, kaum Alternativen zum Citratzyklus.

Siehe auch Stoffwechsel; Zuckerstoffwechsel