Der saure Zitronenzyklus — auch bekannt als der tricarboxylic saure Zyklus (TCA Zyklus), der Zyklus von Krebs, oder der Szent-Györgyi-Krebs Zyklus — ist eine Reihe von chemischen durch alle aerobic Organismen verwendeten Reaktionen, um Energie durch den oxidization von Azetat zu erzeugen, ist auf Kohlenhydrate, Fette und Proteine ins Kohlendioxyd und Wasser zurückzuführen gewesen. Außerdem stellt der Zyklus Vorgängern für die Biosynthese von Zusammensetzungen einschließlich bestimmter Aminosäuren sowie des abnehmenden Reagenzes NADH zur Verfügung, der in zahlreichen biochemischen Reaktionen verwendet wird. Seine Hauptwichtigkeit zu vielen biochemischen Pfaden weist darauf hin, dass es einer der frühsten feststehenden Bestandteile des Zellmetabolismus war und abiogenically hervorgebracht haben kann.

Der Name dieses metabolischen Pfads wird aus Zitronensäure abgeleitet (ein Typ von tricarboxylic Säure), der zuerst verbraucht und dann durch diese Folge von Reaktionen regeneriert wird, den Zyklus zu vollenden. Außerdem verbraucht der Zyklus Azetat in der Form von Acetyl-CoA, reduziert NAD auf NADH, und erzeugt Kohlendioxyd. Der durch den TCA Zyklus erzeugte NADH wird in den oxidative phosphorylation Pfad gefüttert. Das Nettoergebnis dieser zwei nah verbundenen Pfade ist die Oxydation von Nährstoffen, um Energie in der Form von ATP zu erzeugen.

In eukaryotic Zellen kommt der saure Zitronenzyklus in der Matrix des mitochondrion vor. Bakterien verwenden auch den TCA Zyklus, um Energie zu erzeugen, aber da sie an mitochondria Mangel haben, wird die Reaktionsfolge im cytosol mit dem Protonenanstieg für die ATP Produktion durchgeführt, die über die Plasmamembran aber nicht die innere Membran des mitochondria ist.

Die Bestandteile und Reaktionen des sauren Zitronenzyklus wurden in den 1930er Jahren durch die Samenarbeit von den Hofdichtern von Nobel Albert Szent-Györgyi und Hans Adolf Krebs gegründet.

Evolution

Bestandteile des TCA Zyklus wurden aus anaerobic Bakterien abgeleitet, und der TCA Zyklus selbst kann sich mehr entwickelt haben als einmal. Theoretisch gibt es mehrere Alternativen zum TCA Zyklus, jedoch scheint der TCA Zyklus, am effizientesten zu sein. Wenn sich mehrere Alternativen unabhängig entwickelt haben, sind sie alle zweifellos schnell zum TCA Zyklus zusammengelaufen.

Übersicht

Der saure Zitronenzyklus ist ein Schlüsselbestandteil des metabolischen Pfads, durch den alle aerobic Organismen Energie erzeugen. Durch den Katabolismus von Zucker, Fetten und Proteinen, ein zwei Kohlenstoff wird das organische Produktazetat in der Form von Acetyl-CoA erzeugt. Das Acetyl-CoA zusammen mit zwei Entsprechungen von Wasser (HO) wird durch den sauren Zitronenzyklus verbraucht, der zwei Entsprechungen vom Kohlendioxyd (CO) und einen gleichwertigen von HS-CoA erzeugt. Außerdem wandelt eine ganze Umdrehung des Zyklus drei Entsprechungen von Nicotinamide-Adenin dinucleotide (NAD) in drei Entsprechungen von reduziertem NAD (NADH), einen gleichwertigen von ubiquinone (Q) in eine Entsprechung von reduziertem ubiquinone (QH) und eine gleichwertige jeder von guanosine diphosphate (BIP) und anorganisches Phosphat (P) in eine Entsprechung von guanosine triphosphate (GTP) um. Der NADH und QH, der durch den sauren Zitronenzyklus erzeugt wird, werden der Reihe nach durch den oxidative phosphorylation Pfad verwendet, um energiereiches Adenosin triphosphate (ATP) zu erzeugen.

Eine der primären Quellen von Acetyl-CoA ist Zucker, der durch glycolysis gebrochen wird, um pyruvate zu erzeugen, der der Reihe nach decarboxylated durch das Enzym pyruvate dehydrogenase das Erzeugen von Acetyl-CoA gemäß dem folgenden Reaktionsschema ist:

• CHC (=O) C (=O) O (pyruvate) + HSCoA + NAD  CHC (=O) SCoA (Acetyl-CoA) + NADH + H + CO

Das Produkt dieser Reaktion, Acetyls-CoA, ist der Startpunkt für den sauren Zitronenzyklus. Unten ist ein schematischer Umriss des Zyklus:

• Der saure Zitronenzyklus beginnt mit der Übertragung einer Zwei-Kohlenstoff-Acetyl-Gruppe von Acetyl-CoA bis die Vier-Kohlenstoff-Annehmer-Zusammensetzung (oxaloacetate), um eine Sechs-Kohlenstoff-Zusammensetzung (Zitrat) zu bilden.
• Das Zitrat geht dann eine Reihe von chemischen Transformationen durch, zwei carboxyl Gruppen als CO verlierend. Der Kohlenstoff hat verloren, weil CO daraus entstehen, was oxaloacetate war, nicht direkt von Acetyl-CoA. Der durch Acetyl-CoA geschenkte Kohlenstoff wird ein Teil des oxaloacetate Kohlenstoff-Rückgrats nach der ersten Umdrehung des sauren Zitronenzyklus. Der Verlust von acetyl-CoA-donated Kohlenstoff als CO verlangt mehrere Umdrehungen des sauren Zitronenzyklus. Jedoch, wegen der Rolle des sauren Zitronenzyklus in anabolism, dürfen sie nicht verloren werden, da viele TCA Zyklus-Zwischenglieder auch als Vorgänger für die Biosynthese anderer Moleküle verwendet werden.
• Der grösste Teil der durch die oxidative Schritte des Zyklus bereitgestellten Energie wird als energiereiche Elektronen NAD übertragen, NADH bildend. Für jede Acetyl-Gruppe, die in den sauren Zitronenzyklus eingeht, werden drei Moleküle von NADH erzeugt.
• Elektronen werden auch dem Elektronenakzeptor Q übertragen, QH bildend.
• Am Ende jedes Zyklus ist der Vier-Kohlenstoff-oxaloacetate regeneriert worden, und der Zyklus geht weiter.

Schritte

Zwei Kohlenstoff-Atome werden zu CO, der Energie von diesen Reaktionen oxidiert, die anderen metabolischen Prozessen durch GTP (oder ATP), und als Elektronen in NADH und QH übertragen werden. Der im TCA Zyklus erzeugte NADH kann später seine Elektronen in oxidative phosphorylation schenken, um ATP Synthese zu steuern; FADH ist covalently, der succinate dehydrogenase, ein Enzym beigefügt ist, das sowohl im TCA Zyklus als auch in der mitochondrial Elektrontransportkette in oxidative phosphorylation fungiert. FADH erleichtert deshalb Übertragung von Elektronen zu coenzyme Q, der der Endelektronenakzeptor der Reaktion ist, die durch den Komplex von Succinate:ubiquinone oxidoreductase katalysiert ist, auch als ein Zwischenglied in der Elektrontransportkette handelnd.

Der saure Zitronenzyklus wird unaufhörlich mit neuem Kohlenstoff in der Form von Acetyl-CoA geliefert, am Schritt 1 unten hereingehend.

Mitochondria in Tieren, einschließlich Menschen, besitzen zwei Succinyl-CoA synthetases: Derjenige, der GTP vom BIP und einem anderen erzeugt, der ATP von ADP erzeugt. Werke haben den Typ, der ATP erzeugt (Succinyl-CoA synthetase ADP-bildend). Mehrere der Enzyme im Zyklus können in einem Mehrenzym-Protein-Komplex innerhalb der mitochondrial Matrix lose verbunden sein.

Der GTP, der durch BIP bildenden Succinyl-CoA synthetase gebildet wird, kann durch nucleoside-diphosphate kinase verwertet werden, um ATP zu bilden (die katalysierte Reaktion ist GTP + ADP  BIP + ATP).

Produkte

Produkte der ersten Umdrehung des Zyklus sind: ein GTP (oder ATP), drei NADH, ein QH, zwei CO.

Weil zwei Moleküle des Acetyls-CoA von jedem Traubenzucker-Molekül erzeugt werden, sind zwei Zyklen pro Traubenzucker-Molekül erforderlich. Deshalb, am Ende zwei Zyklen, sind die Produkte: zwei GTP, sechs NADH, zwei QH und vier CO

Die obengenannten Reaktionen werden erwogen, wenn P das HPO Ion, ADP und BIP der ADP und die BIP-Ionen, beziehungsweise, und ATP und GTP der ATP und die GTP Ionen beziehungsweise vertritt.

Die Gesamtzahl von ATP hat vorgeherrscht nach der ganzen Oxydation eines Traubenzuckers in glycolysis, saurem Zitronenzyklus, und, wie man schätzt, ist oxidative phosphorylation zwischen 30 und 38. Eine neue Bewertung des Gesamt-ATP-Ertrags mit den aktualisierten proton-to-ATP Verhältnissen stellt eine Schätzung von 29.85 ATP pro Traubenzucker-Molekül zur Verfügung.

Regulierung

Die Regulierung des TCA Zyklus wird durch die Substrat-Verfügbarkeit und Produkthemmung größtenteils bestimmt. NADH, ein Produkt des ganzen dehydrogenases im TCA Zyklus mit Ausnahme von succinate dehydrogenase, hemmt pyruvate dehydrogenase, isocitrate dehydrogenase, α-ketoglutarate dehydrogenase, und auch Zitrat synthase. Acetyl-coA hemmt pyruvate dehydrogenase, während succinyl-CoA Alpha-ketoglutarate dehydrogenase und Zitrat synthase hemmt. Wenn geprüft, in vitro mit TCA Enzymen hemmt ATP Zitrat synthase und α-ketoglutarate dehydrogenase; jedoch ändern sich ATP Niveaus um mehr als 10 % in vivo zwischen Rest und kräftiger Übung nicht. Es gibt nicht bekannten allosteric Mechanismus, der für große Änderungen in der Reaktionsrate von einem allosteric Effektor verantwortlich sein kann, dessen sich Konzentration um weniger als 10 % ändert.

Kalzium wird als ein Gangregler verwendet. Es aktiviert pyruvate dehydrogenase, isocitrate dehydrogenase und α-ketoglutarate dehydrogenase. Das vergrößert die Reaktionsrate von vielen der Schritte im Zyklus, und vergrößert deshalb Fluss überall im Pfad.

Zitrat wird für die Feed-Back-Hemmung verwendet, weil es phosphofructokinase, ein Enzym hemmt, das an glycolysis beteiligt ist, der Bildung von fructose 1,6-bisphosphate, ein Vorgänger von pyruvate katalysiert. Das verhindert eine unveränderliche hohe Rate des Flusses, wenn es eine Anhäufung von Zitrat und eine Abnahme im Substrat für das Enzym gibt.

Neue Arbeit hat eine wichtige Verbindung zwischen Zwischengliedern des sauren Zitronenzyklus und die Regulierung von Faktoren der Hypoxie-inducible (HIF) demonstriert. HIF spielt eine Rolle in der Regulierung von Sauerstoff homeostasis, und ist ein Abschrift-Faktor, der angiogenesis, das Gefäßumbauen, die Traubenzucker-Anwendung, den Eisentransport und apoptosis ins Visier nimmt. HIF wird consititutively synthetisiert, und hydroxylation von mindestens einem von zwei kritischen Pro-Linien-Rückständen vermittelt ihre Wechselwirkung mit dem von Hippel Lindau E3 ubiquitin ligase Komplex, der sie für die schnelle Degradierung ins Visier nimmt. Diese Reaktion wird durch den 4-hydroxylases prolyl katalysiert. Fumarate und succinate sind als starke Hemmstoffe von prolyl hydroxylases identifiziert worden, so zur Stabilisierung von HIF führend.

Metabolische Hauptpfade, die auf dem TCA Zyklus zusammenlaufen

Mehrere catabolic Pfade laufen auf dem TCA Zyklus zusammen. Reaktionen, die Zwischenglieder des TCA Zyklus bilden, um sie wieder zu füllen (besonders während der Knappheit der Zwischenglieder) werden anaplerotic Reaktionen genannt.

Der saure Zitronenzyklus ist der dritte Schritt im Kohlenhydrat-Katabolismus (die Depression von Zucker). Glycolysis bricht Traubenzucker (ein sechs Kohlenstoff-Molekül) unten in pyruvate (ein Drei-Kohlenstoff-Molekül). In eukaryotes zieht pyruvate in den mitochondria um. Es wird in Acetyl-CoA durch die Decarboxylierung umgewandelt und geht in den sauren Zitronenzyklus ein.

Im Protein-Katabolismus werden Proteine dadurch gebrochen macht in ihre konstituierenden Aminosäuren Spaß pro-. Das Kohlenstoff-Rückgrat dieser Aminosäuren kann eine Energiequelle werden, indem es zu Acetyl-CoA umgewandelt wird und in den sauren Zitronenzyklus eingetreten wird.

Im fetten Katabolismus sind triglycerides hydrolyzed, um sie in Fettsäuren und Glyzerin zu brechen. In der Leber kann das Glyzerin in Traubenzucker über dihydroxyacetone Phosphat und glyceraldehyde-3-phosphate über gluconeogenesis umgewandelt werden. In vielen Geweben, besonders Herzgewebe, werden Fettsäuren durch einen Prozess gebrochen, der als Beta-Oxydation bekannt ist, die auf Acetyl-CoA hinausläuft, das im sauren Zitronenzyklus verwendet werden kann. Die Beta-Oxydation von Fettsäuren mit einer ungeraden Zahl von Methylen-Gruppen erzeugt propionyl CoA, der dann in succinyl-CoA umgewandelt und in den sauren Zitronenzyklus gefüttert wird.

Die Gesamtenergie, die von der ganzen Depression eines Moleküls von Traubenzucker durch glycolysis, den sauren Zitronenzyklus und oxidative phosphorylation gewonnen ist, kommt ungefähr 30 ATP Molekülen in eukaryotes gleich. Der saure Zitronenzyklus wird einen amphibolic Pfad genannt, weil er sowohl am Katabolismus als auch an anabolism teilnimmt.

Interaktive Pfad-Karte

Siehe auch

• Zyklus von Calvin
• (Reduktiver) Rückzyklus von Krebs
• Zyklus von Glyoxylate

Außenverbindungen

• Ein Zeichentrickfilm des sauren Zitronenzyklus in der Schmied-Universität
• Saure Zitronenzyklus-Varianten an MetaCyc
• Pfade haben zum sauren Zitronenzyklus an der Kyoto Enzyklopädie von Genen und Genomen in Verbindung gestanden