Lernergebnisse
- Beschreiben Sie den Prozess der Pyruvat-Oxidation und identifizieren Sie seine Reaktanten und Produkte
Wenn Sauerstoff vorhanden ist, wird die aerobe Atmung fortgesetzt. In eukaryotischen Zellen werden die Pyruvatmoleküle, die am Ende der Glykolyse entstehen, in die Mitochondrien transportiert, die der Ort der Zellatmung sind. Dort wird das Pyruvat in eine Acetylgruppe umgewandelt, die von einer Trägerverbindung namens Coenzym A (CoA) aufgenommen und aktiviert wird. Die entstehende Verbindung wird Acetyl-CoA genannt. CoA wird aus Vitamin B5, Pantothensäure, hergestellt. Acetyl-CoA kann von der Zelle auf verschiedene Weise verwendet werden, seine Hauptfunktion besteht jedoch darin, die aus Pyruvat gewonnene Acetylgruppe an die nächste Stufe des Glukoseabbaus weiterzuleiten.
Abbau von Pyruvat
Damit Pyruvat (das Produkt der Glykolyse) in den Zitronensäurezyklus (den nächsten Weg der Zellatmung) gelangen kann, muss es mehrere Veränderungen durchlaufen. Die Umwandlung ist ein dreistufiger Prozess (Abbildung 1).
Abbildung 1. Beim Eintritt in die mitochondriale Matrix wandelt ein Multienzymkomplex Pyruvat in Acetyl-CoA um. Dabei wird Kohlendioxid freigesetzt und ein Molekül NADH gebildet.
Schritt 1. Eine Carboxylgruppe wird von Pyruvat entfernt, wodurch ein Molekül Kohlendioxid in das umgebende Medium freigesetzt wird. Das Ergebnis dieses Schritts ist eine Hydroxyethylgruppe mit zwei Kohlenstoffatomen, die an das Enzym (Pyruvatdehydrogenase) gebunden ist. Dies ist der erste der sechs Kohlenstoffe, die aus dem ursprünglichen Glukosemolekül entfernt werden. Dieser Schritt erfolgt zweimal (zur Erinnerung: am Ende der Glykolyse entstehen zwei Pyruvatmoleküle) für jedes verstoffwechselte Glukosemolekül; somit sind am Ende beider Schritte zwei der sechs Kohlenstoffe entfernt worden.
Schritt 2. NAD+ wird zu NADH reduziert. Die Hydroxyethylgruppe wird zu einer Acetylgruppe oxidiert, und die Elektronen werden von NAD+ aufgenommen, wodurch NADH entsteht. Die energiereichen Elektronen von NADH werden später zur Erzeugung von ATP verwendet.
Schritt 3. Eine Acetylgruppe wird auf Conenzym A übertragen, wodurch Acetyl-CoA entsteht. Die an das Enzym gebundene Acetylgruppe wird auf CoA übertragen, wodurch ein Molekül Acetyl-CoA entsteht.
Beachten Sie, dass während der zweiten Stufe des Glukosestoffwechsels immer dann, wenn ein Kohlenstoffatom entfernt wird, dieses an zwei Sauerstoffatome gebunden wird, wodurch Kohlendioxid entsteht, eines der wichtigsten Endprodukte der Zellatmung.
Acetyl-CoA zu CO2
In Anwesenheit von Sauerstoff gibt Acetyl-CoA seine Acetylgruppe an ein Vier-Kohlenstoff-Molekül, Oxalacetat, ab, um Citrat, ein Sechs-Kohlenstoff-Molekül mit drei Carboxylgruppen, zu bilden; auf diesem Weg wird der Rest der extrahierbaren Energie aus dem ursprünglichen Glukosemolekül gewonnen. Dieser einzelne Stoffwechselweg hat verschiedene Namen, aber wir werden ihn in erster Linie als Zitronensäurezyklus bezeichnen.
Zusammenfassung: Pyruvatoxidation
In Anwesenheit von Sauerstoff wird Pyruvat in eine Acetylgruppe umgewandelt, die an ein Trägermolekül von Coenzym A gebunden ist. Das resultierende Acetyl-CoA kann in verschiedene Stoffwechselwege eintreten, aber am häufigsten wird die Acetylgruppe an den Zitronensäurezyklus für den weiteren Abbau abgegeben. Bei der Umwandlung von Pyruvat in die Acetylgruppe werden ein Molekül Kohlendioxid und zwei hochenergetische Elektronen entfernt. Auf das Kohlendioxid entfallen zwei (Umwandlung von zwei Pyruvatmolekülen) der sechs Kohlenstoffe des ursprünglichen Glukosemoleküls. Die Elektronen werden von NAD+ aufgenommen, und das NADH trägt die Elektronen zu einem späteren Weg der ATP-Produktion. An diesem Punkt ist das Glukosemolekül, das ursprünglich in die Zellatmung eintrat, vollständig oxidiert worden. Die im Glukosemolekül gespeicherte chemische potentielle Energie wurde auf Elektronenträger übertragen oder zur Synthese einiger ATPs verwendet.
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