Biologie 2e

Stappen in de citroenzuurcyclus

Stap 1. Voorafgaand aan de eerste stap treedt een overgangsfase op waarin pyrodruivenzuur wordt omgezet in acetyl-CoA. Dan begint de eerste stap van de cyclus: Deze condensatiestap combineert de twee-koolstof acetylgroep met een vier-koolstof oxaloacetaatmolecuul om een zes-koolstof citraatmolecuul te vormen. CoA wordt gebonden aan een sulfhydrylgroep (-SH) en diffundeert weg om uiteindelijk te combineren met een andere acetylgroep. Deze stap is onomkeerbaar omdat hij zeer exergetisch is. De snelheid van deze reactie wordt geregeld door negatieve terugkoppeling en de hoeveelheid beschikbare ATP. Als het ATP-niveau stijgt, daalt de snelheid van deze reactie. Als er een tekort aan ATP is, neemt de snelheid toe.

Stap 2. In stap twee verliest citraat een watermolecuul en krijgt het er een bij doordat citraat wordt omgezet in zijn isomeer, isocitraat.

Stap 3. In stap drie wordt isocitraat geoxideerd, waarbij een molecuul met vijf koolstofatomen wordt geproduceerd, α-ketoglutaraat, samen met een molecuul CO2 en twee elektronen, die NAD+ reduceren tot NADH. Ook deze stap wordt gereguleerd door negatieve terugkoppeling van ATP en NADH en een positief effect van ADP.

Stap 4. De stappen drie en vier zijn zowel oxidatie- als decarboxyleringsstappen, waarbij zoals we hebben gezien elektronen vrijkomen die NAD+ reduceren tot NADH en carboxylgroepen vrijmaken die CO2-moleculen vormen. Alfa-ketoglutaraat is het product van stap drie, en een succinylgroep is het product van stap vier. CoA bindt zich met de succinylgroep om succinyl-CoA te vormen. Het enzym dat stap vier katalyseert wordt gereguleerd door terugkoppeling van remming van ATP, succinyl-CoA, en NADH.

Stap 5. In stap vijf wordt een fosfaatgroep gesubstitueerd voor co-enzym A, en wordt een hoogenergetische binding gevormd. Deze energie wordt gebruikt bij de fosforylering op substraatniveau (bij de omzetting van de succinylgroep in succinaat) om ofwel guaninetrifosfaat (GTP) ofwel ATP te vormen. Er zijn twee vormen van het enzym, isoenzymen genaamd, voor deze stap, afhankelijk van het type dierlijk weefsel waarin zij worden aangetroffen. Eén vorm wordt aangetroffen in weefsels die grote hoeveelheden ATP gebruiken, zoals hart- en skeletspieren. Deze vorm produceert ATP. De tweede vorm van het enzym wordt aangetroffen in weefsels die een groot aantal anabole routes hebben, zoals de lever. Deze vorm produceert GTP. GTP is energetisch gelijkwaardig aan ATP, maar het gebruik ervan is beperkter. Met name de eiwitsynthese maakt hoofdzakelijk gebruik van GTP.

Stap 6. Stap zes is een dehydratieproces waarbij succinaat wordt omgezet in fumaraat. Twee waterstofatomen worden overgedragen aan FAD, waardoor het wordt gereduceerd tot FADH2. (Opmerking: de energie in de elektronen van deze waterstofatomen is onvoldoende om NAD+ te reduceren, maar voldoende om FAD te reduceren). In tegenstelling tot NADH blijft deze drager aan het enzym gehecht en brengt hij de elektronen rechtstreeks over naar de elektronentransportketen. Dit proces wordt mogelijk gemaakt door de lokalisatie van het enzym dat deze stap katalyseert binnen het binnenmembraan van het mitochondrion.

Stap 7. Tijdens stap zeven wordt door hydrolyse water toegevoegd aan fumaraat, en wordt malaat geproduceerd. De laatste stap in de citroenzuurcyclus regenereert oxaloacetaat door malaat te oxideren. Daarbij wordt nog een molecuul NADH geproduceerd.