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Glykolyse und Citratzyklus
In diesem Video erkläre ich den Ablauf der Glycolyse und des Citratzyklus, die den ersten, bzw. zweiten Schritt der Zellatmung darstellen.
Beginnen wir mit der Glycolyse, bei der Glucose in 2 Pyruvat gespalten wird. Man unterteilt sie in 2 Phasen: die Energieinvestitionsphase und die Energiegewinnungsphase. Beginnen wir mit der Phase der Energieinvestition:
Hier wird zunächst Energie in Form von Adenosintriphosphat, kurz ATP, investiert, damit die Glucose in einen reaktionsfähigeren Zustand versetzt wird. Außerdem verhindert dieser den Rücktransport in Blut.
Die Adenosingruppe ist, der Einfachheit halber, durch die orange und roten Caros dargestellt. Die Phosphatgruppe in Strukturformel-Schreibweise.
Im 1. Schritt, überträgt das ATP mit dem Enzym Hexokinase eine Phosphatgrupp auf die Glucose. Dadurch wir das ATP nun zu ADP, also Adenosindiphosphat und aus der Glucose wird Glucose-6-phosphat.
Dieses ändert im nächsten Schritt seine Struktur. Die gleichen Atome werden also anders angeordnet. Es bildet sich Fructose-6-phosphat. Man nennt die Moleküle dann Isomere.
Es folgt eine weitere Energieinvestition mittels ATP, welches eine Phosphatgruppe abgibt und mithilfe des Enzyms Phosphofructokinase, das Fructose-6-phosphat zu Fructose-1,6-biphosphat katalysiert. An das Molekül sind nun zwei Phosphatgruppen gebunden.
Jetzt spaltet sich das Molekül in zwei Glycerinaldehyd-3-phosphate, auch GAP genannt. Diese besitzen jeweils eine Phosphatgruppe. Die folgenden Reaktionen passieren 2x, da aus dem Glucosemolekül ja 2 GAP-Moleküle hervorgehen.
Das GAP oxidiert mit einer Phosphatgruppe zu 1,3-Biphosphoglycerat. Dabei werden zwei Elektronen und ein Wasserstoffproton abgegeben, welche dann mit NAD+ reagieren und so zu NADH und H+ werden. Da aus NAD+ NADH und H+ geworden ist, hat hier bereits die Energiegewinnungsphase begonnen.
Durch das Abspalten von Wasser und den beiden Phosphatgruppen im nächsten, bzw. letzten, Reaktionschritt der Glykolyse, entsteht jeweils ein Pyruvatmolekül und die 2 ADP nehmen die Phosphatgruppen auf, sodass daraus wieder 2 ATP entstehen.
Da dies 2x, also für jedes GAP 1x, geschieht werden insgesamt 2 NADH und H+ & 4 ATP gewonnen und aus dem Glucosemolekül entstehen 2 Pyruvatmoleküle.
Damit ist die Glykolyse abgeschlossen und
das so entstandene Pyruvat, wird aktiv in die Mitochondrien, die Kraftwerke der Zelle, transportiert. Zunächst erfolgt allerdings die Pyuvatoxidation, bei der das Pyruvat zu Acetyl-CoA oxidiert, welches dann in den Citratzyklus geschleust werden kann. Dafür wird ein CO2-Molekül abgespalten und NAD+ zu NADH und H+ reduziert. Das Coenzym CoA-SH bindet sich an die Acetylgruppe, sodass Acetyl-CoA entsteht.
Nun beginnt die erste Reaktion des Citratzyklus, bei der das Acetyl-CoA zu Citrat reagiert. Dafür wird das Coenzym wieder abgespalten.
Im zweiten Reaktionsschritt, wird die OH-Gruppe an ein benachbartes Kohlenstoffatom abgegeben. Dabei ordnen sich die gleichen Atome anders an, so dass Isocitrat entsteht. Citrat und Isocitrat sind also Isomere.
In der nächsten Reaktion wird Isocitrat zu alpha-Ketoglutarat. Zunächst spaltet sich dazu ein ein CO2- Molekül ab. Außerdem wird die HO-Gruppe zu einer Carboxylgruppe oxidiert. Dazu werden 2 Elektronen und ein Wasserstoffproton abgegeben, welche dann auf NAD+ übertragen werden, wodurch NADH und H+ entsteht. Diese Reaktion nennt sich dann Decarboxylierung.
Im 4. Reaktionsschritt findet erneut eine CO2-Abspaltung und Decarboxylierung statt, durch die ein weiteres NADH und H+ entsteht. Außerdem wird das Coenzym CoA-SH auf das nun gebildete Succinyl-CoA übertragen.
Bei der nächsten Reaktion zu Succinat, wird das Coenzym CoA-SH wieder abgespalten, wodurch es nun regeneriert ist. Dabei wird Energie frei, wodurch das ADP wieder zu ATP wird.
Bei der Reaktion zu Futamarat findet erneut ein Oxidation statt. 2 Elektronen und ein Wasserstoffproton werden diesmal auf Elektronencarrier FAD übertragen, wodurch dies zu FADH2 wird.
Im 7. Reaktionsschritt bindet sich H2O, also ein Wassermolekül, an das Futamarat, sodass Malat entsteht.
Im letzten Reaktionsschritt entsteht durch die Decarboxylierung noch einmal NADH und H+. Aus Malat wird so Oxalacestat gebildet, welches dann wiederum mit dem Acetyl-CoA reagieren kann.
Hier ist der Citratzyklus noch einmal mit seinen 8 Reaktionsschritten abgebildet. Er muss 2x durchlaufen werden, da bei der Glykolyse aus der Glucose zwei Pyruvat entstehen. Auf den Citratzyklus folgt dann die Atmungskette. Der nächste Schritt der Zellatmung.