Zellatmung



Während der Glycolyse wird jeweils ein Glucosemolekül zu zwei Molekülen Pyruvat verarbeitet. Das Pyruvat wird im Citratzyklus abgebaut und es entstehen Reduktionsäquivalente NADH/H+ und FADH2. Diese, als Wasserstoffüberträger fungierenden Coenzyme geben den Wasserstoff in der Atmungskette an Sauerstoff ab und die frei werdende Energie wird zur Erzeugung von ATP genutzt.

Der Citratzyklus und die Atmungskette laufen in den Mitochondrien ab, den Kraftwerken der Zelle.


Schematischer Aufbau eines Mitochondriums

Citratzyklus



Der Zitratzyklus wurde von Hans Krebs im Jahr 1937 postuliert. Daher wird der Citratzyklus auch als Krebs-Zyklus (Krebs cycle) bezeichnet. Gelegentlich findet man auch den Namen Tricarbonsäurezyklus.

Das Pyruvat gelangt mit Wasserstoffionen als Symport, also über einen aktiven Transportmechanismus, in die Mitochondrien. Hier erfolgt die Decarboxylierung zu Acetyl-Coenzym A (Acetyl-CoA), das auch als aktivierte Essigsäure bezeichnet wird. Acetyl-CoA besteht aus dem Coenzym A und einem Essigsäurerest (Acetylrest). Das Coenzym A besitzt eine Thiolgruppe (-SH), die mit der OH-gruppe der Essigsäure unter Wasserabspaltung reagiert. Zwischen dem Coenzym und dem Substrat besteht also eine sehr feste Atombindung.

Acetyl-Coenzym A



Schema des Citratzyklus


Vom Pyruvat wird CO2 abgespalten. Das Reaktionsprodukt ist Acetyl-CoA (formal C2). Hierbei entsteht außer dem Kohlenstoffdioxid auch NADH/H+. Acetyl-CoA tritt in den Citratzyklus ein.



Ablauf des Citratzyklus



Das entstehende Guanosintriphosphat (GTP) wird in ATP umgewandelt.
Bei der Reaktion von Fumarat zu Malat wird nicht genügend Energie für die Reaktion zu NADH/H+ frei, weshalb das energieärmere Reduktionsäquivalent FADH2 (von Flavin-Adenin-Dinucleotid, FAD) gebildet wird.

Aus einem Molekül Pyruvat entstehen demnach:

  • 3 Moleküle CO2,
  • 1 Molekül ATP,
  • 4 Moleküle NADH/H+ und
  • 1 Molekül FADH2.

Die Bilanz pro Glucosemolekül sieht dann wie folgt aus:
  • 6 Moleküle CO2,
  • 2 Moleküle ATP,
  • 8 Moleküle NADH/H+,
  • 2 Moleküle FADH2 und
  • Aufname von 6 Molekülen Wasser.

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