Prinzipien der Biochemie / Krebszyklus oder Zitronensäurezyklus
Citratsynthaseedit
Das Enzym Citratsynthase (E.C. 2.3.3.1) kommt in fast allen lebenden Zellen vor und steht als Tempo machendes Enzym im ersten Schritt des Zitronensäurezyklus (oder Krebszyklus). Citratsynthase ist in eukaryotischen Zellen in der Mitochondrienmatrix lokalisiert, wird jedoch eher von Kern-DNA als von Mitochondrien kodiert. Es wird mit zytoplasmatischen Ribosomen synthetisiert und dann in die Mitochondrienmatrix transportiert. Citratsynthase wird üblicherweise als quantitativer Enzymmarker für das Vorhandensein intakter Mitochondrien verwendet.Citratsynthase katalysiert die Kondensationsreaktion des Zwei-Kohlenstoff-Acetat-Restes aus Acetyl-Coenzym A und einem Molekül von Vier-Kohlenstoff-Oxalacetat, um das Sechs-Kohlenstoff-Citrat zu bilden.Oxalacetat wird nach Abschluss einer Runde des Krebszyklus regeneriert.
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Oxalessigsäure
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Zitronensäure
acetyl-CoA + Oxalacetat + H2O → Citrat + CoA-SH
Oxalacetat ist das erste Substrat, das an das Enzym bindet. Dies veranlasst das Enzym, seine Konformation zu ändern, und erzeugt eine Bindungsstelle für das Acetyl-CoA. Erst wenn sich dieses Hydroxyl-CoA gebildet hat, bewirkt eine weitere Konformationsänderung eine Thioesterhydrolyse und setzt Coenzym A frei. Dies stellt sicher, dass die durch die Spaltung der Thioesterbindung freigesetzte Energie die Kondensation antreibt.
AconitaseEdit
Aconitase (Aconitathydratase; EG 4.2.1.3) ist ein Enzym, das die stereospezifische Isomerisierung von Citrat zu Isocitrat über Cis-Aconitat im Tricarbonsäurezyklus katalysiert, ein nicht redoxaktiver Prozess.
Isocitratdehydrogenase (EC 1.1.1.42) und (EC 1.1.1.41), auch bekannt als IDH, ist ein Enzym, das am Zitronensäurezyklus beteiligt ist. Es katalysiert den dritten Schritt des Zyklus: die oxidative Decarboxylierung von Isocitrat unter Bildung von Alpha-Ketoglutarat (α-Ketoglutarat) und CO2 unter Umwandlung von NAD + in NADH. Dies ist ein zweistufiger Prozess, bei dem Isocitrat (ein sekundärer Alkohol) zu Oxalosuccinat (ein Keton) oxidiert wird, gefolgt von der Decarboxylierung der Carboxylgruppe Beta zum Keton unter Bildung von Alpha-Ketoglutarat. Eine andere Isoform des Enzyms katalysiert die gleiche Reaktion, jedoch hat diese Reaktion nichts mit dem Zitronensäurezyklus zu tun, wird sowohl im Cytosol als auch im Mitochondrium und Peroxisom durchgeführt und verwendet NADP + als Cofaktor anstelle von NAD +.
Innerhalb des Zitronensäurezyklus wird Isocitrat, das aus der Isomerisierung von Citrat hergestellt wird, sowohl oxidiert als auch decarboxyliert. Unter Verwendung des Enzyms Isocitratdehydrogenase (IDH) wird Isocitrat in seinem aktiven Zentrum von umgebenden Arginin-, Tyrosin-, Asparagin-, Serin-, Threonin- und Asparaginsäureaminosäuren gehalten. Die erste Box zeigt die gesamte Isocitratdehydrogenase-Reaktion. Die Reaktanten, die für die Funktion dieses Enzymmechanismus erforderlich sind, sind Isocitrat, NAD + / NADP + und Mn2 + oder Mg2 +. Die Reaktionsprodukte sind Alpha-Ketoglutarat, Kohlendioxid und NADH + H+ / NADPH + H+. Wassermoleküle werden verwendet, um die Sauerstoffstoffe (O3) von Isocitrat zu deprotonieren.Die zweite Box ist Schritt 1, die Oxidation des Alpha-C (C # 2).Oxidation ist der erste Schritt, den Isocitrat durchläuft. Bei diesem Verfahren wird die Alkoholgruppe vom Alpha-Kohlenstoff (C # 2) deprotoniert und die Elektronen fließen zum Alpha-C, bilden eine Ketongruppe und entfernen ein Hydrid von C # 2 unter Verwendung von NAD + / NADP + als elektronenakzeptierender Cofaktor. Die Oxidation des Alpha-C ermöglicht eine Position, an der Elektronen (im nächsten Schritt) von der Carboxylgruppe herunterkommen und die Elektronen (wodurch der doppelt gebundene Sauerstoff entsteht) wieder auf den Sauerstoff drücken oder ein nahe gelegenes Proton von einer nahe gelegenen Lysin-Aminosäure abgreifen.Das dritte Feld ist Schritt 2, bei dem es sich um die Decarboxylierung von Oxalosuccinat handelt. In diesem Schritt wird der Sauerstoff der Carboxylgruppe durch eine nahe gelegene Tyrosinaminosäure deprotoniert und diese Elektronen fließen zu Kohlenstoff 2. Kohlendioxid verlässt den Beta-Kohlenstoff von Isocitrat als Abgangsgruppe, wobei die Elektronen vom Alpha-C zum Ketonsauerstoff fließen und den Sauerstoff des Alpha-C negativ aufladen und eine ungesättigte Alpha-Beta-Doppelbindung zwischen den Kohlenstoffen bilden 2 und 3. Das einsame Paar auf dem Alpha-C-Sauerstoff nimmt ein Proton von einer nahe gelegenen Lysin-Aminosäure auf.Das vierte Feld ist Schritt 3, dh die Sättigung der ungesättigten Alpha-Beta-Doppelbindung zwischen den Kohlenstoffen 2 und 3. In diesem Schritt der Reaktion deprotoniert Lysin den Sauerstoff vom Alpha-Kohlenstoff und das einsame Elektronenpaar auf dem Sauerstoff des Alpha-Kohlenstoffs reformiert die Ketondoppelbindung und drückt das einsame Paar (das die Doppelbindung zwischen Alpha und Beta bildet) Kohlenstoff) ab und nimmt ein Proton von der nahe gelegenen Tyrosinaminosäure auf. Diese Reaktion führt zur Bildung von Alpha-Ketoglutarat, NADH + H+ / NADPH + H+ und CO2.
α-Ketoglutarat-Dehydrogenase
Der Oxoglutarat-Dehydrogenase-Komplex (OGDC) oder α-Ketoglutarat-Dehydrogenase-Komplex ist ein Enzymkomplex, der am häufigsten für seine Rolle im Zitronensäurezyklus bekannt ist.Die durch dieses Enzym im Zitronensäurezyklus katalysierte Reaktion lautet:
α-Ketoglutarat + NAD+ + CoA → Succinyl-CoA + CO2 + NADH
Diese Reaktion verläuft in drei Schritten: Decarboxylierung von α-Ketoglutarat, Reduktion von NAD + zu NADH und anschließende Übertragung auf CoA, das das Endprodukt Succinyl-CoA bildet.ΔG°’ für diese Reaktion beträgt -7,2 kcal mol-1. Die für diese Oxidation benötigte Energie wird bei der Bildung einer Thioesterbindung von Succinyl-CoA konserviert.
Succinyl-Coenzym-A-synthetaseEdit
Succinyl-Coenzym-A-Synthetase (Succinatthiokinase) katalysiert die Bildung von Succinat und Coenzym-A, einem 4-Kohlenstoff-Metaboliten, aus Succinyl-CoA.Die Succinyl-CoA-Synthetase katalysiert einen reversiblen Schritt im Zitronensäurezyklus, der die Phosphorylierung von GDP auf Substratebene beinhaltet.
Succinatdehydrogenase oder Succinat-Coenzym Q-Reduktase (SQR) oder Komplex II ist ein Enzymkomplex, der an die innere Mitochondrienmembran von Säugetiermitochondrien und vielen Bakterienzellen gebunden ist. Es ist das einzige Enzym, das sowohl am Zitronensäurezyklus als auch an der Elektronentransportkette beteiligt ist.
In Schritt 8 des Zitronensäurezyklus katalysiert SQR die Oxidation von Succinat zu Fumarat unter Reduktion von Ubichinon zu Ubichinol. Dies geschieht in der inneren Mitochondrienmembran, indem die beiden Reaktionen miteinander gekoppelt werden.
FumaraseEdit
Fumarase (oder Fumarathydratase) ist ein Enzym, das die reversible Hydratation / Dehydratisierung von Fumarat zu S-Malat katalysiert. Fumarase kommt in zwei Formen vor: mitochondrial und cytosolic. Das mitochondriale Isoenzym ist am Krebszyklus (auch als Zitronensäurezyklus bekannt) beteiligt, und das cytosolische Isoenzym ist am Metabolismus von Aminosäuren und Fumarat beteiligt. Die subzelluläre Lokalisation wird durch das Vorhandensein einer Signalsequenz am Aminoterminus in der mitochondrialen Form hergestellt, während die subzelluläre Lokalisation in der cytosolischen Form durch das Fehlen der in der mitochondrialen Varietät gefundenen Signalsequenz hergestellt wird.Dieses Enzym ist an zwei weiteren Stoffwechselwegen beteiligt: dem reduktiven Carboxylierungszyklus (CO2-Fixierung) und auch am Nierenzellkarzinom.
Malatdehydrogenase
Malatdehydrogenase (EC 1.1.1.37) (MDH) ist ein Enzym im Zitronensäurezyklus, das die Umwandlung von Malat in Oxalacetat (unter Verwendung von NAD +) und umgekehrt katalysiert (dies ist eine reversible Reaktion). Malatdehydrogenase ist nicht zu verwechseln mit Äpfelenzym, das die Umwandlung von Malat in Pyruvat katalysiert und NADPH produziert.Malatdehydrogenase ist auch an der Glukoneogenese beteiligt, der Synthese von Glukose aus kleineren Molekülen. Pyruvat in den Mitochondrien wird von Pyruvatcarboxylase unter Bildung von Oxalacetat, einem Zwischenstufe des Zitronensäurezyklus, beeinflusst. Um das Oxalacetat aus den Mitochondrien herauszuholen, reduziert die Malatdehydrogenase es zu Malat und durchquert dann die innere Mitochondrienmembran. Im Cytosol wird das Malat durch cytosolische Malatdehydrogenase wieder zu Oxalacetat oxidiert. Schließlich wandelt Phosphoenol-Pyruvat-Carboxykinase (PEPCK) Oxalacetat in Phosphoenolpyruvat um.
