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Der Citratzyklus: Wichtige, abiturrelevante Fakten

das Endprodukt der Glykolyse, Pyruvat, wird aus dem Cytoplasma der Mitochondrien in die Mitochondrien hinein transportiert. Es findet die oxidative Decarboxylierung statt, dieses ist eher ein Nebenthema und häufig nur im Leistungskurs Biologie relevant. Es gibt ein extra Video über die oxidative Decarboxylierung, aber im Thema der Citratzyklus gehen wir davon aus, dass aus dem Pyruvat, was in die Mitochondrien transportiert wird, eine aktivierte Essigsäure wird. Wir sprechen von Acetyl-CoA. Acetyl-CoA tritt in den Citratzyklus hinein, verbindet sich mit Oxalat und innerhalb mehrerer Schritte wird es zu Oxalacetat. In dieser neuen Gestalt durchläuft es den Citratzyklus erneut, da sich dieses neu entstandene Oxalat mit neu hineinkommenden Molekülen von Acetyl-CoA verbindet und den Citratzyklus weiterhin ankurbelt. Der Citratzyklus wird auch Citronensäurezyklus, Zitronensäurezyklus oder Tricarbonsäurezyklus genannt. Die Bilanz des Citratzyklus ist: aus einem Molekül Acetyl-CoA erhält man ein Molekül ATP, drei Moleküle NADH+H+, ein Molekül F ADH+H+ und ein Molekül CO2. 

Das „Niveau-Schema“ der Zellatmung: der Citratzyklus

ich habe diese Videos in drei Niveaus eingeteilt. Das dritte Niveau ist hier das „niedrigste“, oder wie ihr es auch nennen wollt.

In den Niveau-3-Videos erkläre ich, woher das Molekül kommt, welches in den Citratzyklus hineingeht, was damit geschieht, und warum es sich um einen Zyklus handelt, also warum es eine fortlaufende Reaktion ist, der immer nur ein Molekül an einer Stelle hinzugefügt werden muss.

Citratzyklus Niveau 3

Niveau 3: der grobe Ablauf des Citratzyklus

der Citratzyklus findet in der Mitochondrienmatrix statt. Bei der oxidativen Decarboxylierung wurde das Pyruvat aus der Glykolyse letzten Endes zu Acetyl-CoA verwandelt. Die Bildung des Acetyl-CoAs dient der Übertragung der Acetyl-Gruppe auf die Oxalessigsäure. Dadurch wird der Citratzyklus angetrieben und die Acetyl-Gruppe wird, zusammen mit der Oxalessigsäure nach mehreren Schritten wieder zu Oxalessigsäure. Ein weiteres Molekül Acetyl-CoA tritt in den Citratzyklus ein, überträgt wieder eine Acetyl-Gruppe auf die Oxalessigsäure und das ist schon das Prinzip des Citratzyklus.

Während dieses Umwandeln und verändern wird viel umgebaut, also die Strukturen verändert, abgebaut, also etwas wird abgespalten, aufgeteilt und wieder zusammengefügt. Dabei kommt beim Zitronensäurezyklus eine Bilanz von einem Molekül ATP, drei Moleküle NADH+H+, ein Molekül FADH+H+ und zwei Moleküle CO2 heraus. Es gibt das so genannte „C-Körper-Schema“, welches im Abitur bekannt sein sollte, bzw. bekannt sein muss. Alle Moleküle, die Citratzyklus beteiligt und involviert sind, sind so genannte C-Körper. Mit diesem Schema geht es im nächsten Video weiter, in diesem Video sollte nur der grobe Ablauf des Citratzyklus, was wo herkommt, und wo was hingeht, erklärt werden.


In den Niveau-2-Videos erkläre ich, woher das Molekül kommt, welches in den Citratzyklus hineingeht, was damit geschieht, inwiefern die C-Körper umgebaut und verändert werden, es geht also um das C-Körper-Schema.

Niveau 2: etwas präzisere Beschreibung des Citratzyklus, C-Körper-Schema

der Citratzyklus findet in der Mitochondrienmatrix statt. Bei der oxidativen Decarboxylierung wurde das Pyruvat aus der Glykolyse letzten Endes zu Acetyl-CoA verwandelt. Die Bildung des Acetyl-CoAs dient der Übertragung der Acetyl-Gruppe auf die Oxalessigsäure. Es handelt sich bei dem Acetyl-CoA umd einen C2-Köper. Der vollständige Name von Acetyl-CoA ist Acetyl Coenzym A. Dieser C2-Körper trifft auf die Oxalessigsäure, welche ein C4 Körper ist.Dadurch wird der Citratzyklus angetrieben und die Acetyl-Gruppe wird zunächst zu einem  C6 Körper, die Zitronensäure. Sie gibt diesem Zyklus seinen Namen. Es gibt zahlreiche zwischen Reaktionen, in welchen Kohlenstoffdioxid und Wasserstoff abgespalten wird. Der Wasserstoff wird zum Aufbau von NADH+H+ aus NAD+ verwendet. Die Oxalessigsäure wird wieder zurückgebildet, so dass sie für einen erneuten Zyklus zur Verfügung steht. In diesen Abläufen wird ATP, NADH+H+ und FADH+H+ gebildet. Die Zitronensäure, ein C6 Körper, wird ein wenig umgebaut, und danach wird Kohlenstoff die Oxid abgespalten. Es entsteht ein C5 Körper. Aus diesem C5 Körper entsteht ein C4 Körper. Insgesamt gibt es acht Schritte, in welchen die C-Körper-Reihenfolge wie folgt lautet: C6, C6, C5, C4, C4, C4, C4, C4. Am Ende entsteht wieder Oxalacetat / Oxalessigsäure. Es wird also deutlich: De Oxalessigsäure wird als Akzeptor verwendet und nie verbraucht, sondern nur gebraucht. 

 Dabei kommt beim Zitronensäurezyklus eine Bilanz von einem Molekül ATP, drei Moleküle NADH+H+, ein Molekül FADH+H+ und zwei Moleküle CO2 heraus. Wie die Zwischenschritte, also die Moleküle der entsprechenden C-Körper, heißen, wie man sich merken soll, in welcher Reihenfolge sie stehen, und an welcher Stelle NADH+H+, CO2, FADH+H+ oder ATP entsteht, erfahrt ihr im nächsten Video, dem Niveau-1-Video.


In den Niveau-1-Videos erkläre ich, woher das Molekül kommt, welches in den Citratzyklus hineingeht, was damit geschieht, inwiefern die C-Körper umgebaut und verändert werden, es geht also um das C-Körper-Schema, und es geht auch darum, an welchen Stellen ATP, NADH+H+, FADH+H+ und CO2 gebildet und aus den Citratzyklus ausgeschieden wird.

Citratzyklus sehr genau


Niveau 1: der Citratzyklus so genau wie möglich

Der Citratzyklus, welcher in der Mitochondrienmatrix stattfindet, benötigt zunächst das Acetyl-CoA aus der oxidativen Decarboxylierung. Pyruvat wurde aus der Glucose aus der Glykolyse gewonnen und bei der oxidativen Decarboxylierung zu Acetyl-CoA gemacht. Es handelt sich bei dem Acetyl-CoA umd einen C2-Köper, welcher das CoA weggibt. Dadurch wird die Acetylgruppe auf einen C4 Körper, dem Oxalacetat, übertragen. Es entsteht ein  C6 Körper, die Zitronensäure. Sie gibt diesem Zyklus seinen Namen. Aus dieser Zitronensäure, auch Citrat genannt, wird durch geringe Veränderungen, also durch eine Art umbauen, kein abspalten oder aufnehmen von Atomen oder Molekülen, Isocitrat (C6). Es hat dieselbe Summenformel, aber eine andere Strukturformel als das Citrat. Unter Abspaltung von CO2 gibt das Isocitrat auch ein Atomwasserstoff ab, so dass NAD+ zu NADH+H+ wird. Dadurch, dass es ein Molekül CO2 und ein Atom H abgegeben hat, wird es erstmal zu einem C5 Körper, es handelt sich um α-Ketoglutarat [Alpha-Ketoglutarat]. Dieses α-Ketoglutarat gibt ebenfalls ein Molekül Kohlenstoffdioxid, CO2, ab, und verliert ebenfalls ein Molekül Wasserstoff (H). Es entsteht ein C4 Körper, Succinyl-CoA. Dieses Molekül gibt auf jeden Fall die CoA-Gruppe ab und nimmt einen Atom Sauerstoff auf. Es wird zu Succinat und dabei wird ADP zu ATP, in dem Guanosintriphosphat (GTP) zu Guanosindiphosphat (GDP) wird und eine Phosphatsgruppe an die Energiewährung ADP abgibt. GTP ist wie ATP auch ein Energieüberträger und ähnelt ihm auch in seiner Struktur. Aber auch für das Abitur oder für Klausuren ist das Guanosintriphosphat bzw. Guanosindiphosphat nicht sehr wichtig. Das grobe Verständnis über den Citratzyklus funktioniert auch ohne GDP / GTP. Nachdem nun ATP erhalten wurde, gibt der C4 Körper Succinat zwei Atome Wasserstoff (H2) an FAD ab. Es entsteht FADH+H+ oder auch FADH2. das dadurch neu entstandene Molekül, welches ebenfalls ein C4 Körper ist, heißt Fumarat. Unter Zufuhr von Wasser, H2O, wird Fumarat zu Malat. (Hier gibt es übrigens eine wunderschöne Eselsbrücke, die ich euch gerne erklären würde. Ich habe immer versucht, die Namen auswendig zu lernen. Welcher Stoff wann wie heißt. Das vom Zenit an dieser Stelle wunderbar, denn fumar aus „Fumarat“ ist im spanischen das Wort für Rauchen. Und „mal“ aus „Malat“ ist im spanischen das Wort für schlecht. Wenn also beim Rauchen Wasser hinzu geführt wird, ist das schlecht. Fumarat + Wasser = Malat.) . Malat gibt letzten Endes noch eines seiner vier Wasserstoffatome ab, NAD wird zu NADH+H+, und es entsteht das gewünschte Oxalacetat. 

Bilanz : Ein Molekül ATP, drei Moleküle NADH+H+, ein Molekül FADH+H+ und zwei Moleküle CO2 heraus. 



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