Citratzyklus lernen Meditricks: Sehen. Merken. Meistern. Audio-visuelle Eselsbrücken: Lernen, das unter die Haut geht.

Citratzyklus: Einleitung

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  • Im Kraftwerksviertel der Stoffwechselstadt wird nicht nur energiereicher Strom produziert, sondern der energiereiche Energy-Drink Zitrat-Zyklon (Zitratzyklus), der aus purem Bio-Zitronensaft gewonnen wird. Es spendet seinen Konsumenten viel Energie (Energieproduktion). Fast jeder trinkt Zitrat-Zyklon. Vier der größten Energy-Drink-Suchties sind die drei Nadel-Musketiere Pieks, Tritz und Au sowie ihr vierter Musketier-Lehrling, der Faden (NADH + H+ und FADH2). Sie kommen immer wieder vorbei, um sich ihre Dröhnung (Elektronen) abzuholen. Sobald sie geladen und druff sind, ziehen sie meist damit ab zum Windmühlen-Kraftwerk der Atmungskette, um ihre überschüssige Energie wieder abzuladen (ATP-Synthese).

    Schon komisch, dass ein Energy Drink so süchtig macht, oder nicht?! Was da wohl drinnen ist? Nur Bio-Zitronen glaubt doch kein Mensch!

    Das schauen wir uns schon genauer an. Ah! Das hätte ich gleich sagen können. Die üblichen Verdächtigen: Der Atze-Tüll-Koala (Acetyl-CoA), der schleppt ja das halbe Erntedankfest in die Fabrik! Von wegen Bio-Zitronen. Und Ochsen-Atze (Oxalacetat) ist auch am Start, der liefert Pyro-Wal-Pralinen (Pyruvat).

    ClearErkundungsbild
    Zitratzyklus
    Zitrat-Zyklon Energydrink-Fabrik
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    Schlüsselassoziation
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    Zitratzyklus = kataboler Stoffwechselweg
    Werbung für Zitrat-Zyklon in katastrophalen Zeiten
    Der Zitratzyklus ist vornehmlich ein kataboler Stoffwechselweg. Katabol bedeutet, dass Nährstoffe abgebaut werden, damit die Zelle daraus Energie gewinnen kann.
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    Quintessence
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    Zitratzyklus = anaboler Stoffwechselweg
    Werbung für Zitrat-Zyklon bei angenehmem Wetter
    Neben der Energiegewinnung hat der Zitratzyklus aber auch andere Funktionen. Er ist auch Teil des anabolen Stoffwechsels, weil er die Synthesevorstufen für viele andere anabole Stoffwechselwege bereitstellt. Sein Zwischenprodukt Oxalacetat dient zum Beispiel als Substrat der Gluconeogenese, Citrat als Synthesevorstufe der Fettsäuren und Steroide etc.
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    Quintessence
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    Letzter Schritt der Verwertung von Proteinen, Kohlenhydraten (KH) und Fetten
    Anlieferung von Fleisch, Brot und Butter
    In seiner katabolen Funktion ist der Zitratzyklus der letzte Schritt der Nährstoffverwertung. Sowohl die Abbauprodukte von Proteinen, Kohlenhydraten als auch Fetten werden im Zitratzyklus schließlich zu CO2 oxidiert.
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    Quintessence
    5
    Startmetabolit: Acetyl-CoA
    Atze-Tüllrock-Koala liefert Nährstoffe
    Acetyl-CoA ist der Startmetabolit des Zitratzyklus. Er bildet die Brücke zwischen den ersten Schritten der Nährstoffverwertung und dem Abschluss ihrer Verwertung im Zitratzyklus. Das Acetyl-CoA kann aus der oxidativen Decarboxylierung von Pyruvat durch die Pyruvat-Dehydrogenase (PDH), aus der beta-Oxidation von Fettsäuren, dem Ketonkörperabbau oder dem Aminosäureabbau stammen.
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    Quintessence
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    Oxidation von C2-Körper Acetyl-CoA zu 2 CO2-Molekülen
    Ochsenhörner in CO2-Wolken der Fabrikschornsteine
    Da das chemische Rückgrad von Acetyl-CoA aus zwei C-Atomen gebildet wird, spricht man von einem C2-Körper. Im Zitratzyklus wird dieser C2-Körper zu zwei Molekülen CO2 oxidiert. DIe Energie dieser Oxidationen wird in Form der reduzierten Coenzyme NADH und FADH2 gespeichert, dazu entsteht ein GTP.
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    Basiswissen
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    Reaktionsort: Mitochondrienmatrix
    Fabrik im Kraftwerkviertel der Stoffwechselstadt
    Der Zitratzyklus findet in der inneren Mitochondrienmatrix statt, umgeben von der doppelten Mitochondrienmembran (doppelter Zaun).
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    Quintessence
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    Gewinn von 8 Elektronen pro Durchlauf
    8 schlecht gelaunte Emoji-Kugeln
    Zur Energiegewinnung trägt der Zitrat-Zyklus bei, indem er “hoch-energetische” Elektronen gewinnt. Pro Durchlauf werden 8 Elektronen gewonnen.
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    Quintessence
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    3 NADH + H+ & 1 FADH2 als Elektronenträger
    3 Nadel-Musketiere und 1 Faden tragen 8 Emojis in Körben aus Fabrik
    Diese 8 pro Durchlauf gewonnenen Elektronen werden von sogenannten Elektronenträgern transportiert, im Fall des Citratzyklus die beiden reduzierten Ko-Enzyme NADH + H+ und FADH2. Man nennt diese Elektronenträger auch Reduktionsäquivalente (hier in reduzierten Farben). Pro Zyklus werden 3 NADH + H+ und 1 FADH2 gewonnen.
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    Quintessence
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    Reduktionsäquivalente speisen Elektronen in Atmungskette ein
    Elektronenträger laufen zur ATPasen-Windmühle
    Die Reduktionsäquivalente NADH+ H+ und FADH2 werden in der Atmungskette oxidiert. Dabei wird Energie frei, die zur Bildung von ATP verwendet wird.
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    Quintessence
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    Strom der Elektronen betreibt Atmungskette
    Stromleitung von Fabrik zur ATPasen-Windmühle
    Die ATP-Synthase nutzt Energie, welche die Atmungskette gewinnt, um ATP zu synthetisieren. Die 8 Elektronen werden der Atmungskette gebracht, durch die sie fließen und damit sie dort der ATP-Gewinnung dienen.
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    Quintessence
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    Energiebilanz: 9 ATP Atmungskette pro Durchlauf
    9-er Fahne mit phosphorgrünem 3er Blitz
    Mit den 8 Elektronen aus einem Durchlauf des Zitratzyklus kann die Atmungskette bzw. die ATP-Synthase insgesamt 9 ATP-Moleküle synthetisieren. Wobei eben wichtig ist: Der Zitratzyklus gewinnt “nur” die Elektronen, die Atmungskette und die ATP-Synthase gewinnen dann schließlich die 9 ATP.
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    Basiswissen
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    Energiebilanz: 1 GTP direkt aus Zitratzyklus
    Gelber 3-er Blitz
    Der Zitratzyklus selbst gewinnt jedoch 1 GTP-Molekül. Da GTP und ATP energetisch gleichwertig sind, kann man die Bilanz pro Durchlauf mit 10 ATP angeben (= 9 ATP + 1 GTP).
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    Quintessence
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    Anaplerotische Reaktionen füllen Zwischenprodukte auf
    Anna's Erotika Pleasure Transporter liefert an Fabrik
    Anaplerotische Reaktionen sorgen dafür, dass nicht nur der Startmetabolit Acetyl-CoA, sondern auch die anderen Metabolite des Citratzyklus immer wieder aufgefüllt werden. Denn wenn nur Acetyl-CoA geliefert werden würde, würde der Citratzyklus irgendwann an anderer Stelle im Trockenen sitzen. Das verhindern die anaplerotischen Reaktionen.
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    Basiswissen
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    Pyruvat-Carboxylase Reaktion: Pyruvat + CO2 + ATP → Oxalacetat + ADP+Pi
    Pyro-Wal-Pralinen in Boxen von Ochsen-Atze gegessen
    Die vielleicht wichtigste anaplerotische Reaktion wird durch die Pyruvat-Carboxylase katalysiert. In der Reaktion wird Pyruvat (Pyro-Wal-Pralinen) zu Oxalacetat (Ochsen-Atze) umgewandelt. Oxalacetat ist ein wichtiger Metabolit des Zitratzyklus, der im ersten Reaktionsschritt benötigt wird.
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    Basiswissen
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    Regulation: keine klassischen Schlüsselenzyme
    Grüner und roter Schalter aktivieren oder hemmen Fabrikproduktion
    Da jede Zelle auch in Ruhe Energiebedarf hat, also einen funktionierenden Zitratzyklus braucht, hat der Zitratzyklus keine klassischen Schlüsselenzyme. Vielmehr beeinflusst das Vorhandensein der Substrate, das Anfallen der Produkte und die generelle Energieversorgung der Zelle sein Tempo.
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    Basiswissen
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    Calcium und ADP aktivieren Zitratzyklus
    Milch mit 2-fach geladener Batterie betätigt grünen Schalter
    Calcium aktiviert den Zitratzyklus, da es sehr viele energieverbrauchende Signalwege der Zelle ebenfalls aktiviert. ADP zeigt der Zelle einen Energiemangel an, daher aktiviert es den Zitratzyklus ebenfalls.
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    Basiswissen
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    Reduzierte Elektronenträger (z.B. NADH + H+) und ATP hemmen Zitratzyklus
    Reduzierte Nadel mit Elektronen und 3-fach geladener Batterie drückt roten Knopf
    Mit Elektronen gesättigte Elektronenträger wie NADH + H+ hemmen den Citratzyklus, da sie einen Energieüberschuss anzeigen. NADH + H+ wird ja auch im Citratzyklus produziert, es ist also ein Fall von sog. negativer Feedbackhemmung. ATP zeigt genau wie NADH + H+ einen Energieüberschuss an. Auch ATP hemmt den Citratzyklus.
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    Basiswissen
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