Biochemie für Sportler XIV

Der Citratzyklus: Schnittstelle der Energiegewinnung

Der Citrat-Zyklus einfach erklärt: In den letzten Teilen dieser Serie drehte sich alles um den Abbau von Kohlenhydraten, Fetten und Protein aus der Sicht der Energiebilanz. Immer wieder wurde in diesem Zusammenhang auf den Citratzyklus verwiesen, und dass die genannten Stoffen zu Zwischenprodukten dieses Kreises gespalten werden. In diesem Artikel ist es nun soweit, dass wir uns den Zitronensäurezyklus, wie der Mechanismus auch bezeichnet wird, genauer anschauen wollen.

Der Citratzyklus: das Ziel von Acetyl-CoA

In den bisherigen Artikeln endete die Verstoffwechselung von ► Kohlenhydraten, ► Fetten und ► Protein immer bei Acetyl-CoA.



Das Acetyl-CoA landet auf seinem weiteren Weg der Verstoffwechselung letztendlich im Citratzyklus, wobei Aminosäuren, wie wir im ► letzten Teil gelernt hatten, zum Teil auch zu Zwischenprodukten des Citratzyklus abgebaut werden.

Wir erinnern uns:
  • Beim Abbau von Kohlenhydraten entsteht Acetyl-CoA aus Pyruvat,
  • Fettsäuren werden im Rahmen der β-Oxidation zu Acetyl-CoA umgewandelt und
  • Aminosäuren (wenn sie keine Zwischenprodukte werden) direkt zu Acetyl-CoA oder über den Umweg Pyruvat.
Doch egal welcher Ausgangsstoff vom Körper genutzt wurde:
Der Citratzyklus, und damit die wichtigste Form der Energielieferung, findet nur in den Mitochondrien statt!

Dies wollen wir uns im Folgenden anschauen.
Überschüssiges Acetyl-CoA wird zu Fett
Bereits in ► Teil 9 lernten wir, dass überschüssiges Acetyl-CoA zwar nicht zu Kohlenhydraten zurückgewandelt werden kann, der Körper aber dazu in der Lage ist, daraus Fettsäuren zu speichern. Der biochemische Hintergrund der trivialen Feststellung, dass zu viel Nahrungsenergie den Körperfettanteil ansteigen lässt.

Darüber hinaus kann der Körper aus Acetyl-CoA Ketonkörper und Cholesterin herstellen, was jedoch nur der Vollständigkeit wegen an dieser Stelle noch erwähnt sein soll.
Schauen wir uns nun den vollständigen Citratzyklus an, könnte man im ersten Moment fast erschlagen werden.

Der Ablauf kann jedoch auch stark vereinfacht in zwei Phasen unterschieden werden:
  • Phase 1: Der Abbau des Citrats (das aus Acetyl-CoA den Anfang des Citratzyklus darstellt) zu Succinat (Schritt 5 in der Grafik), wobei zwei Moleküle CO2 entstehen.
  • Phase 2: Die Wiederherstellung von Oxalacetat aus Succinat, damit der Kreislauf von vorne beginnen kann.

Konzentrieren wir uns also darauf, worum es letztendlich beim Citratzyklus geht: Acetyl-CoA wird in diesem Kreisprozess zu CO2, NADH/H+, FADH2 und GTP abgebaut. NADH/H+ und FADH2 dienen den Zellen zur Herstellung von ATP. Pro Durchlauf des Citratzyklus können ca. 10 mol ATP synthetisiert werden.

Da die einzelnen Schritte auf Wikipedia und anderen Seiten zur Genüge ausführlich dargestellt werden und dies kein Biochemie-Fernkurs darstellen sollen, ersparen wir uns weitere Ausführungen.
Anabole Funktionen des Citratzyklus
Neben dem dargestellten Kreislauf kann die Zelle bei Bedarf Zwischenprodukte aus dem Citratzyklus abziehen und diese anders nutzen, wie die roten Pfeile in der oberen Grafik symbolisieren:
  • Aus α-Ketoglutarat können Arginin, Prolin und Glutamin synthetisiert werden.
  • Citrat dient der Fettsäuren- und Cholesterin-Synthese
  • Malat kann zur Gluconeogenese genutzt werden.
  • Aus Oxaloacetat können die Aminosäuren Aspartat und Asparagin synthetisiert werden.
Damit der Zyklus nicht stehen bleibt, füllt der Körper bei Bedarf die entsprechenden Zwischenprodukte zeitnah wieder nach.
Ablauf und Geschwindigkeit des Citratzyklus werden nicht durch Hormone sondern ► Enzyme reguliert. Deren Aktivierung hängt wiederum von ATP, Citrat und NADH/H+ ab.

Sind diese vorhanden, werden die Enzyme gehemmt.

Zusammenfassung

Das waren die grundlegenden Informationen zum Citratzyklus, der auf den ersten Blick immer wieder verwirrend und unübersichtlich aussieht. Für uns sollte der Zyklus mehr wie eine Zusammenführung der Fäden verstanden werden, die für die Energiegewinnung aus Kohlenhydraten, Fetten und Eiweiß stehen.

Was sollten wir also aus diesem Teil mitnehmen?
  1. Alle Energieträger werden im Rahmen der Energiegewinnung zu Acetyl-CoA abgebaut.
  2. Im Citratzyklus werden aus Acetyl-CoA die Grundlagen für die ATP-Synthese gewonnen.
  3. Die einzelnen Zwischenprodukte des Citratzyklus können zur Synthese von Aminosäuren, Glukose, Fett und Cholesterin genutzt werden.
Damit haben wir den Abschluss der Energiegewinnung erreicht.

Wie geht es weiter? Wünsche können geäußert werden. Lasst Euch ansonsten überraschen. Aber auch Feedback ist gerne gewünscht, ob weitere Informationsaufarbeitung in dieser Form von Seiten der Userschaft gewünscht ist. Gebt dem Artikel 5 Sterne, liked ihn oder melde euch einfach mal im Thread zu Wort, damit wir einschätzen können, ob die Serie zur Biochemie strukturiert fortgeführt werden soll.

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Quellen

  • Horn, Florian (2012): Biochemie des Menschen. Das Lehrbuch für das Medizinstudium. Thieme Verlag: Stuttgart.
  • Rassow, Joachim / Hauser, Karin / Netzker, Roland / Deutzmann, Rainer (2012): Biochemie. Thieme Verlag: Stuttgart.

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