Im Citratzyklus treffen die Abbauwege des Kohlenhydrat-, Protein- und Fettstoffwechsels in Form der aktivierten Essigsäure zusammen.
Der Acetylrest (C-2 Molekül) aus Acetyl-CoA wird mit Oxalacetat (C-4 Molekül) zu Citrat (C-6 Mölekül) kondensiert. Das C-6 Molekül Citrat wird dann unter zweimaliger CO2 Abspaltung zu der C-4 Verbindung Succinat abgebaut, die schließlich über zwei Stufen zu Oxalacetat oxidiert wird, mit dem dann wieder ein neuer Umlauf beginnt. Mit jedem Umlauf tritt ein Acetyl-Rest in den Zyklus ein, während zwei Moleküle CO2 ihn verlassen. Dabei wird zwar jedesmal ein Molekül Oxalacetat unter Bildung von einem Molekül Citrat verbraucht, aber nach erfolgtem Umlauf wird es wieder zurückgebildet.
Solange der Zyklus läuft, gibt es also keinen Nettoverbrauch an Oxalacetat. Ein Molekül Oxalacetat kann so die Oxidation einer unbegrenzten Anzahl von Acetatmolekülen bewirken. Bei einem vollständigen Umlauf des Zyklus wird Acetat zu Kohlendioxid und Wasser oxidiert.
Die einzelnen Reaktionsschritte laufen über Hydratisierungen, Dehydratisierungen, Dehydrierungen und Decarboxylierungen ab. Es gibt aber auch eine Reihe von Einmündungsstellen und von Abzweigungen, was zu einer Verzahnung des Citratzyklus mit dem Gesamtstoffwechsel führt.
Somit hat der Citratzyklus als amphibolischer Stoffwechselweg nicht nur katabole Funktionen, sondern dient auch der Bereitstellung von Vorstufen für anabole Stoffwechselwege.
Energieliefernd sind nur die vier Dehydrierungsschritte der Substrate (Isocitrat, alpha-Ketoglutarat, Succinat und Malat) durch ihre jeweils spezifischen Dehydrogenasen, deren HCO2 durch die Atmungskette oxidiert wird. Die dabei frei werdende Energie wird in der Atmungskette durch oxidative Phosphorylierung zur Bildung von ATP (Adenosintriphosphat) aus ADP (Adenosindiphosphat) und anorganischem Phosphat verbraucht. Die Energie der terminalen Phosphatgruppe des GTP kann in diesem Schritt zur Umwandlung von ADP zu ATP übertragen werden.
Alle wesentlichen Enzyme des Citratzyklus sind im Matrixraum der Mitochondrien und daher in direkter Nachbarschaft der Atmungskette lokalisiert.
Dadurch ist eine enge Kopplung zwischen den oxidativen Vorgängen im Citratzyklus und der Gewinnung von energiereichen Verbindungen in der Atmungskette gegeben. Man schätzt, dass etwa 50% der energieliefernden Reaktionen des Stoffwechsels über den Citratzyklus verlaufen.
Autor: Fabienne Reh, DocCheck, adaptiert von “Krebs Cycle”, by BioRender.com (2023); abgerufen von https://app.biorender.com/biorender-templates; lizenziert unter CC BY-NC-SA 3.0
