Was ist der Zitronensäurezyklus?
Der Zitronensäurezyklus ist eine Reihe chemischer Reaktionen, die während der Zellatmung ablaufen. Dabei handelt es sich um den Vorgang, bei dem Zellen in Organismen Energie produzieren. Es wird auch als Krebs-Zyklus oder Tricarbonsäure-Zyklus bezeichnet. Im Kreislauf werden eine Reihe von energieaufbauenden chemischen Reaktionen durch verschiedene Enzyme katalysiert oder beschleunigt. In der Regel lernen die Schüler zunächst den Zitronensäurekreislauf in Biologieklassen für Fortgeschrittene oder in Biologieklassen für Anfänger. Es wird dann im Biochemieunterricht näher betrachtet, da es sich um einen inhärent chemischen Prozess handelt.
Es gibt viele verschiedene komplexe chemische Reaktionen im Kreislauf, bei denen es sich zumeist um Moleküle handelt, die aus Kohlenstoff, Sauerstoff und Wasserstoff bestehen. Der Zyklus besteht aus ungefähr zehn Schritten, und jeder Schritt wird von einem anderen Enzym katalysiert. Unmittelbar vor dem Zitronensäurezyklus entsteht bei einem als Glykolyse bezeichneten Prozess Pyruvat, ein energiehaltiges Molekül, das im Verlauf des zellulären Atmungsprozesses in nutzbare Energie zerlegt wird. Der Zitronensäurezyklus zerlegt Pyruvatmoleküle in NADH- (Nicotinamidadenindinukleotid) und ATP-Moleküle (Adenosintriphosphat), die beide eine erhebliche Menge an Energie enthalten, auf die der Körper schnell zugreifen kann. Die meisten der energetischen Moleküle, die während der Zellatmung erzeugt werden, werden durch eine Reihe von Stoffwechselprozessen aus Glukose- (Zucker-) Molekülen gewonnen.
Die Zellatmung ist in der Regel ein aerober Prozess, der Sauerstoff verbraucht. Wenn Sauerstoff vorhanden ist, läuft das durch Glykolose gebildete Pyruvat normal weiter, bis der Zitronensäurekreislauf in NADH und ATP (Adenosintriphosphat) zerlegt ist. Ist jedoch kein Sauerstoff vorhanden, beginnt das Pyruvat einen Prozess, der als Fermentation bezeichnet wird . Bei der Fermentation wird kein Sauerstoff verwendet, was bedeutet, dass es sich um einen anaeroben Prozess handelt. Die Fermentation ist ein weitaus weniger effizienter Energieerzeugungsprozess als der Zitronensäurekreislauf. Es produziert nicht genug Energie, um einen Organismus über einen längeren Zeitraum zu erhalten.
In den komplexesten mehrzelligen Organismen findet der Zitronensäurezyklus in den Mitochondrien statt, einer Energie produzierenden Organelle, die in Zellen vorhanden ist. Mitochondrien sind die Hauptproduzenten von ATP, die die Zellen sehr effizient zur Energiegewinnung nutzen können. Einige Prozesse in der Zellatmung finden außerhalb der Mitochondrien statt, andere treten auf, wenn Moleküle durch die Membran der Mitochondrien transportiert werden. Der Zitronensäurezyklus tritt in der Matrica der Mitochondrien auf, die die vielen verschiedenen Enzyme enthält, die viele der chemischen Reaktionen katalysieren, die am Zyklus und an der übrigen Zellatmung beteiligt sind.