Der Zitronensäurezyklus ist Teil des metabolischen Prozesses, der aerobe Atmung genannt wird. Die aerobe Atmung erfolgt in den Zellen aller lebenden Organismen, von den Pflanzen bis zum Menschen. In der aeroben Atmung produzieren Pyruvatmoleküle, die aus Glucose stammen, Energie für die Zelle innerhalb des Zitronensäurezyklus. Während der Zeit, in der Pyruvat im Zitronensäurezyklus verbringt, werden seine Kohlenstoffmoleküle als Abfall ausgestoßen.
Aerobe Atmung
Die aerobe Atmung wird auch als aerober Stoffwechsel, oxidativer Metabolismus oder Zellatmung bezeichnet. Es ist ein Stoffwechselprozess, bei dem chemische Bindungen gebrochen werden, um Energie in Form von Adenosintriphosphat oder ATP zu erzeugen. Der Prozess wird als aerob bezeichnet, weil er nur auftritt, wenn Sauerstoff für die Zelle verfügbar ist. Die Kohlenhydrate Glukose und Sauerstoff produzieren Energie für die lebende Zelle.
Glykolyse
Der erste Prozess bei der Zellatmung ist die Glykolyse, die im Zytoplasma der Pflanzen- oder Tierzelle stattfindet. ATP zerlegt ein einzelnes Glukosemolekül in zwei Moleküle von Pyruvat mit drei Kohlenstoffatomen oder CH3COCOO ?. Die Glykolyse setzt vier Moleküle ATP frei, indem sie einen Teil der in den chemischen Bindungen von Glukose gespeicherten Energie freisetzt. Die verbleibende Energie von der Glukose ist in den zwei Pyruvatmolekülen, die in der Glykolysereaktion erzeugt werden. In Gegenwart von Sauerstoff werden die Pyruvatmoleküle aktiv in die Mitochondrien transportiert, wo sie in den Zitronensäurezyklus eintreten.
Zitronensäurezyklus
In der mitochondrialen Matrix entfernt der Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex ein einzelnes Kohlenstoff- und zwei Sauerstoffmoleküle aus der Carboxylgruppe des Pyruvats. Dies erzeugt ein einzelnes Molekül Kohlendioxid oder CO2. Ein Zwei-Kohlenstoff-Fragment des Pyruvats verbleibt, eine Acetylgruppe (C2H3O) genannt. Der Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex katalysiert die Anlagerung dieser Acetylgruppe an Coenzym A unter Bildung von Acetyl-CoA. Für jedes Glukosemolekül treten zwei Moleküle Acetyl-CoA in den Zitronensäurezyklus ein. Der Zitronensäurezyklus ist auch als Krebszyklus oder Tricarbonsäurezyklus bekannt. Acetyl-CoA ist sehr reaktiv und überträgt die Acetylgruppe auf Oxalacetat, das Citrat bildet - das erste Zwischenprodukt im Zitronensäurezyklus.
Pyruvatcarbone
Die zwei Kohlenstoffe in Acetyl-CoA reagieren mit den vier Kohlenstoffen in Oxalacetat, um Citrat, ein Molekül mit sechs Kohlenstoffatomen, herzustellen. In nachfolgenden Reaktionen innerhalb des Zitronensäurezyklus wird ATP produziert und die zwei ursprünglichen Pyruvatkohlenstoffe gehen als zwei Moleküle von Abfall-CO 2 verloren. Am Ende des Zyklus bleibt nur das Vier-Kohlenstoff-Oxalacetat übrig. Während der aeroben Atmung werden die drei Kohlenstoffatome aus den Pyruvat-Molekülen als Abfall-Kohlendioxid aus dem Organismus ausgeatmet.
