Citroenzuurcyclus

In het onderstaande artikel wordt uitgelegd wat de citroenzuurcyclus is en waar dit plaatsvindt. Daarnaast worden alle stappen van de citroenzuurcyclus uitgelegd.

Wat is de citroenzuurcyclus en waar vindt het plaats?

De citroenzuurcyclus is een reeks van chemische reacties die in alle zuurstof-verbruikende cellen plaatsvindt. De cyclus heeft de functie om energie op te wekken, wat in de vorm van ATP en energierijke moleculen zoals NADH,H⁺ en FADH₂ wordt geproduceerd. De citroenzuurcyclus vindt plaats in de mitochondriën van eukaryote cellen. Voor prokaryoten, zoals bacteriën die geen mitochondriën hebben, vindt deze cyclus plaats in het cytoplasma van de cel.

Glycolyse voor de citroenzuurcyclus

Voorafgaand aan de citroenzuurcyclus vindt de glycolyse plaats, waarbij één glucosemolecuul, bestaande uit 6 koolstofmoleculen, wordt afgebroken tot twee moleculen pyrodruivenzuur, bestaande uit 3 koolstofmoleculen. 6 C'tjes worden dus 2 keer 3 C'tjes.

Dit zijn de moleculen die de citroenzuurcyclus ingaan. Het afbreken van glucosemoleculen tot pyrodruivenzuur gebeurt in de matrix van de mitochondria, het 'energiecentrum' van de cel.

Vervolgens vindt oxidatieve decarboxylering plaats, waarbij het pyrodruivenzuur wordt omgevormd tot acetyl coënzym A (Acetyl-CoA), waarbij het eerste CO₂ molecuul wordt uitgestoten. Dit proces levert ook energie op in de vorm van NADH,H⁺. Hieronder een overzicht waarin de oranje bolletjes C-atomen zijn.

Het verloop van de citroenzuurcyclus

Acetyl coënzym A betreedt dan de citroenzuurcyclus, met twee koolstofatomoen (2 C'tjes). Het combineert met oxaalazijnzuur, een molecuul met vier koolstofatomen (4 C'tjes), om citroenzuur (6 C'tjes) te vormen. Dit molecuul is de naamgever van de citroenzuurcyclus en speelt een sleutelrol in het proces.

Citroenzuur wordt omgevormd tot isocitroenzuur en vervolgens tot 2-oxoglutaarzuur. Bij deze omzetting komt opnieuw CO₂ vrij en wordt weer een NADH,H⁺ molecuul geproduceerd.

2-oxoglutaarzuur wordt dan omgezet in barnsteenzuur-CoA (4 C'tjes). Hierbij komt weer CO₂ vrij en ontstaat nog een NADH,H⁺ molecuul. De barnsteenzuur-CoA wordt omgevormd tot barnsteenzuur. Hierbij wordt GDP + Pi omgevormd tot GTP, wat later de eerste ATP vormt. barnsteenzuur wordt vervolgens omgezet in appelzuur. Dit proces resulteert in de productie van een energierijk molecuul, FADH₂.

Appelzuur wordt vervolgens weer omgevormd tot oxaalazijnzuur, het beginpunt van de cyclus, en er wordt opnieuw NADH,H⁺ geproduceerd. Daarmee is de cyclus rond.

Uiteindelijke opbrengst van de cyclus

De uiteindelijke opbrengst van de citroenzuurcyclus is 4 NADH,H⁺ moleculen, 1 FADH₂ molecuul en 1 ATP per pyrodruivenzuur molecuul. Omdat één glucosemolecuul leidt tot de productie van twee pyrodruivenzuur moleculen, worden deze waarden verdubbeld voor elke glucosemolecuul.

De cyclus heeft ook water nodig voor sommige omzettingen, en er komt CO₂ vrij bij het verbranden van glucose.

Stappenplan van de citroenzuurcyclus

Hieronder vind je een stappenplan voor de citroenzuurcyclus, de stappen ervoor en de stap na de cyclus:

Stap 1: Glycolyse

In de cytosol van de cel wordt glucose afgebroken tot twee moleculen pyrodruivenzuur.

Stap 2: Oxidatieve decarboxylering

Het pyrodruivenzuur wordt het mitochondrion ingebracht en omgezet in acetyl-CoA door oxidatieve decarboxylering. Hierbij wordt een molecuul CO₂ vrijgelaten en wordt een molecuul NADH,H⁺ gevormd.

Stap 3: Citroenzuurcyclus

In de matrix van het mitochondrion vindt de citroenzuurcyclus plaats. Hier wordt acetyl-CoA verder afgebroken, waarbij 2 CO₂, 3 NADH,H⁺, 1 FADH₂ en 1 ATP (via GTP) per cyclus worden gevormd. Omdat per glucosemolecuul twee moleculen pyrodruivenzuur worden gevormd, wordt deze cyclus tweemaal doorlopen.

Stap 4: Oxidatieve fosforylering

De NADH,H⁺ en FADH₂ geproduceerd in de voorgaande stappen dragen hun elektronen over aan de elektronentransportketen, die de energie van deze elektronen gebruikt om ATP te synthetiseren. Dit proces vindt plaats in het binnenmembraan van het mitochondrion.