Citroenzuurcyclus

De citroenzuurcyclus (ook citraatcyclus genoemd) is een oxidatiecyclus waarin brandstofmoleculen geoxideerd (verbrand) worden tot kooldioxide. De brandstofmoleculen zijn afkomstig uit vetten (acetyl-CoA), suikers (acetyl-CoA) en aminozuren (acetyl-CoA, alfa-ketoglutaarzuur, barnsteenzuur en ketobarnsteenzuur). Veruit de meeste brandstof wordt aangeleverd in de vorm van acetyl-CoA.

De Citroenzuurcyclus schematisch

Het bovenste gedeelte van pyrodruivezuur naar acetyl-coënzym A hoort eigenlijk niet bij de citroenzuurcyclus, maar het staat er bij als vervolg op de glycolyse.

De reacties waarbij NAD+ wordt omgezet in NADH en GDP naar GTP en FAD naar FADH2 betekend dat er energie is vrijgekomen en dat deze energie is gaan zitten in deze gevormde verbindingen. Deze energie kan voor talloze doeleinde gebruikt worden.

Elke reactie apart met structuurformules en uitleg

Citroenzuur (citraat) wordt omgezet in iso-citroenzuur (isocitraat) door eerst een dehydratatie (water eraf splitsen) zodat het cis-aconietzuur (cis-aconitaat) wordt. Vervolgens wordt cis-aconietzuur gehydrateerd (water erbij) en er is iso-citroenzuur gevormd. Deze reactie wordt gekatalyseerd door aconitase.

Deze omzetting van een tertiaire alcohol in een secundaire alcohol is nodig voor de volgende reactie waarbij de hydroxyl(-OH)- groep moet worden geoxideerd tot een carbonyl(=O)groep.

Eerst wordt isocitroenzuur omgezet in oxaalbarnsteenzuur (oxalosuccinaat). Dit oxaalbarnsteenzuur is nu gemakkelijk te decarboxyleren (COO eraf) tot alfa-ketoglutaarzuur (alfa-ketoglutaraat). De hier vrijgekomen energie wordt in het molecuul NADH opgeslagen. Deze reactie wordt gekatalyseerd door isocitroenzuurdehydrogenase.

In deze stap wordt alfa-ketoglutaarzuur gedecarboxileerd tot barsteenzuur-CoA (succinyl CoA) door het coënzym-A te koppelen aan alfa-ketoglutaarzuur in plaats van de COO- groep. De energie die hierbij vrijkomt wordt opgeslagen in NADH.

Deze reactie wordt gekatalyseerd door alfa-ketoglutaarzuurdehydrogenase-complex.

Het barsteenzuur-CoA wordt weer omgevormd tot barsteenzuur (succinaat) door het coënzym-A er weer af te halen en er een zuurstofatoom voor in de plaats te zetten. Hierbij komt energie vrij dat wordt opgeslagen in GTP.

Deze reactie wordt gekatalyseerd door barnsteenzuur-CoA-synthetase.

Het barsteenzuur wordt gedehydrogeneerd (ook een oxidatie reactie) tot fumaarzuur (fumaraat). De energie die vrijkomt komt te zitten in het FADH2 molecuul. Deze reactie wordt gekatalyseerd door barnsteenzuur dehydrogenase.

Door additie van water aan furmaarzuur ontstaat er appelzuur (malaat). Deze reactie wordt gekatalyseerd door furmarase.

De hydroxylgroep (-OH) in appelzuur wordt geoxideerd tot een carbonylgroep (=O), De nieuw gevormde verbinding wordt oxaalazijnzuur (oxaloacetaat) genoemd. Bij deze reactie komt energie vrij en wordt opgeslagen in NADH.

Deze reactie wordt gekatalyseerd door appelzuur dehydrogenase.

De carbonylgroep (=O) in oxaalazijnzuur wordt aan acetyl-coenzym A gekoppeld (een nucleofiele additie), hieruit ontstaat citroenzuur. Deze reactie wordt gekatalyseerd door citrate synthase.

Vanaf hier begint de citroenzuur cyclus opnieuw.

Nederlandse en Engelse benamingen voor de enzymen en intermediaire

Enzymen

Nederlands	Engels
Citroenzuursynthase	Citrate synthase
Aconitase	Aconitase
Isocitroenzuurdehydrogenase	Isocitrate dehydrogenase
Alfa ketoglutaarzuurdehydrogenasecomplex	Alfa-ketoglutarate dehydrogenase complex
Barnsteenzuurcoënzym-A-synthetase	Succinyl CoA synthetase
Barnsteenzuurdehydrogenase	Succinate dehydrogenase
Fumarase	Fumarase
Appelzuurdehydrogenase	Malate dehydrogenase

Intermediaire