Citratzyklus-Schaubild erstellen
Beschriftete Schaubilder des Citratzyklus: der Kreis in acht Schritten mit Zwischenprodukten und Enzymen, eine einfache Schulversion, Kohlenstoffbilanz und der Weg aus der Glykolyse. Im Einsatz für Arbeitsblätter, Vorlesungsfolien und Paper.
Citratzyklus: Beispiele
Jede Karte zeigt, was ihr Prompt oben tatsächlich gezeichnet hat: den kompletten Kreis mit acht Enzymen und Kohlenstoffzahlen, eine Schulversion nur mit Zwischenprodukten und Produkten, die Kohlenstoffatome Perle für Perle gezählt und die Glykolyse, die zwei Runden des Zyklus speist. Ein Klick auf eine Karte setzt den Prompt zum Anpassen ins Eingabefeld.
Citratzyklus erklärt: eine Runde in acht Schritten
Beginnen Sie oben, wo Acetyl-CoA an Oxalacetat bindet, und folgen Sie den nummerierten Pfeilen im Uhrzeigersinn durch die Mitochondrienmatrix.
- 1
1–2 Citrat-Synthase, Aconitase
Acetyl-CoA (2C) und Oxalacetat (4C) bilden Citrat (6C), das zu Isocitrat umgelagert wird.
- 2
3–4 Zwei oxidative Decarboxylierungen
Ein CO₂ geht ab zu α-Ketoglutarat (5C), ein zweites zu Succinyl-CoA (4C), jeweils mit einem NADH.
- 3
5–6 GTP, dann FADH₂
Die Succinyl-CoA-Synthetase bildet das einzige GTP der Runde; die Succinat-Dehydrogenase reduziert FAD zu FADH₂.
- 4
7–8 Zurück zum Oxalacetat
Die Fumarase lagert Wasser an zu Malat; die Malat-Dehydrogenase bildet das dritte NADH und Oxalacetat neu.
Kohlenstoffbilanz im Citratzyklus: 2 rein, 2 raus
Derselbe Kreis, jedes Zwischenprodukt als Kette von Kohlenstoffperlen gezeichnet, sodass die beiden Decarboxylierungen als abgehende Perlen sichtbar werden.
- 1
6C: Citrat und Isocitrat
Die 2 Kohlenstoffe des Acetyl-CoA binden an die 4 des Oxalacetats; aus Citrat wird Isocitrat, alle 6 bleiben.
- 2
6 → 5 → 4: zwei CO₂ gehen
Ein Kohlenstoff geht als CO₂ ab zu α-Ketoglutarat (5C), ein zweiter zu Succinyl-CoA (4C).
- 3
4C bis zum Schluss
Succinat, Fumarat und Malat behalten vier Kohlenstoffe; die letzten Schritte oxidieren nur zurück zu Oxalacetat.
Citratzyklus, Krebs-Zyklus und TCA-Zyklus: einfach bis detailliert
Drei Namen, ein Stoffwechselweg, und eine Abbildung, die von fünf Begriffen auf einem Schularbeitsblatt bis zu Skelettformeln in einer Biochemie-Klausur reicht. Nennen Sie die Version, die Ihr Kurs erwartet.
Citratzyklus einfach
Der Kreis nur mit Namen und Produkten: Acetyl-CoA hinein, die acht Zwischenprodukte in Reihenfolge und CO₂, NADH, FADH₂ und ATP als Seitenpfeile, ohne Enzyme. Manche Schulblätter verkürzen ihn auf vier Kästen, eine C6-Verbindung, eine C5-Verbindung, eine C4-Verbindung und Oxalacetat, was genügt, um die beiden CO₂-Schritte zu zeigen.
Citratzyklus mit Enzymen
Jeder Pfeil trägt das Enzym, das ihn antreibt: Citrat-Synthase, Aconitase, Isocitrat-Dehydrogenase, α-Ketoglutarat-Dehydrogenase, Succinyl-CoA-Synthetase, Succinat-Dehydrogenase, Fumarase, Malat-Dehydrogenase. Markieren Sie die drei Dehydrogenasen, die NADH bilden, und weisen Sie darauf hin, dass die Succinat-Dehydrogenase als einzige in der inneren Membran sitzt, wo sie zugleich Komplex II ist.
TCA-Zyklus mit Strukturformeln
Die Biochemie-Version: jedes Zwischenprodukt als Skelettformel, damit sichtbar wird, dass Citrat und Isocitrat drei Carboxylgruppen tragen (die Tricarbonsäure, die dem Zyklus den Namen gibt), α-Ketoglutarat seine Ketogruppe und Succinyl-CoA seinen Thioester. Lassen Sie die Bindung hervorheben, die bei jeder Decarboxylierung bricht.
Citratzyklus mit Kohlenstoffbilanz
Kohlenstoffzahlen an jedem Zwischenprodukt oder als Perlen gezeichnet: 2 binden an 4 zu 6, ein CO₂ führt zu 5, ein zweites CO₂ zu 4, und vier Kohlenstoffe laufen bis zum Oxalacetat. Eine gute Falle zum Beschriften: Die zwei CO₂ einer Runde sind nicht die zwei Kohlenstoffe, die Acetyl-CoA mitgebracht hat; diese gehen erst in späteren Runden.
Glykolyse und Citratzyklus
Der Weg der Zellatmung bis zum Zyklus: Glucose zu zwei Pyruvat im Cytoplasma, Pyruvat ins Mitochondrium, die Pyruvat-Dehydrogenase bildet daraus Acetyl-CoA mit je einem CO₂ und einem NADH, dann zwei Runden des Zyklus. Bilanz pro Glucose an diesem Punkt: 4 ATP oder GTP, 10 NADH, 2 FADH₂, 6 CO₂.
Regulation des Citratzyklus
Der Kreis mit seinen Kontrollpunkten als Hemmbalken und Aktivierungspfeile: Citrat-Synthase gebremst durch ATP, NADH und Succinyl-CoA; Isocitrat-Dehydrogenase, die Hauptbremse, gebremst durch ATP und NADH und beschleunigt durch ADP und Ca²⁺; α-Ketoglutarat-Dehydrogenase gebremst durch NADH und Succinyl-CoA. Für medizinische Biochemie und die zugehörigen Fragen zum Energiestatus.
Atmungskette als Schaubild
Nicht Teil des Citratzyklus, aber der Schritt, den er speist, und eine eigene Abbildung: Komplexe I bis IV in der inneren Mitochondrienmembran, Ubichinon und Cytochrom c als Elektronenträger dazwischen, Protonen in den Intermembranraum gepumpt und die ATP-Synthase, die sie zurücklässt. NADH gibt seine Elektronen an Komplex I, FADH₂ bleibt an Komplex II, und Sauerstoff nimmt sie an Komplex IV auf. Fordern Sie sie beim Namen an.
Die 8 Schritte des Citratzyklus
Im Uhrzeigersinn ab der Spitze des Kreises gelesen. Die dritte Spalte ist das, was ein beschriftetes Schaubild an den Seitenpfeil jedes Schritts schreibt.
| Schritt und Enzym | Reaktion | Was abgeht oder entsteht |
|---|---|---|
| 1 Citrat-Synthase | Acetyl-CoA (2C) + Oxalacetat (4C) → Citrat (6C) | CoA-SH wird frei; der Schritt ist irreversibel |
| 2 Aconitase | Citrat → Isocitrat, über cis-Aconitat | Nichts geht ab; die Hydroxylgruppe wird verlagert |
| 3 Isocitrat-Dehydrogenase | Isocitrat (6C) → α-Ketoglutarat (5C) | CO₂ und das erste NADH; der wichtigste Kontrollpunkt |
| 4 α-Ketoglutarat-Dehydrogenase | α-Ketoglutarat (5C) → Succinyl-CoA (4C) | Das zweite CO₂ und das zweite NADH |
| 5 Succinyl-CoA-Synthetase | Succinyl-CoA → Succinat | GTP (oder ATP) durch Substratkettenphosphorylierung; CoA-SH wird frei |
| 6 Succinat-Dehydrogenase | Succinat → Fumarat | FADH₂; das Enzym ist Komplex II der Atmungskette |
| 7 Fumarase | Fumarat + H₂O → Malat | Nichts geht ab; Wasser wird angelagert |
| 8 Malat-Dehydrogenase | Malat → Oxalacetat | Das dritte NADH; Oxalacetat steht für das nächste Acetyl-CoA bereit |
Manche Lehrbücher zählen neun oder zehn Schritte. Sie zeichnen cis-Aconitat als eigenes Zwischenprodukt oder beginnen mit dem Pyruvat-Dehydrogenase-Schritt, der Acetyl-CoA bildet und nicht zum Zyklus selbst gehört. Ältere Bücher nennen das Enzym von Schritt 5 Succinat-Thiokinase, und Herz und Muskel bilden dort ATP, die Leber GTP. Nennen Sie die Namen und die Schrittzahl Ihres Kurses.
Was ist der Citratzyklus?
Der Citratzyklus, auch Krebs-Zyklus oder Tricarbonsäurezyklus (TCA-Zyklus), ist der Kreisprozess aus acht Schritten in der Mitochondrienmatrix, der die Acetylgruppe (zwei Kohlenstoffe) des Acetyl-CoA zu zwei CO₂ oxidiert, die Energie pro Runde als 3 NADH, 1 FADH₂ und 1 GTP oder ATP speichert und am Ende das Oxalacetat zurückgewinnt, mit dem er begann. Ein Citratzyklus-Schaubild zeigt diesen Kreis mit den Zwischenprodukten in Reihenfolge und den Produkten an den Schritten, die sie erzeugen.
Kernfakten
- Er läuft in der Mitochondrienmatrix ab. Alle seine Enzyme sind in der Matrix gelöst, außer der Succinat-Dehydrogenase, die in der inneren Membran sitzt; bei Bakterien läuft der Zyklus im Cytoplasma.
- Jede Runde nimmt 2 Kohlenstoffe auf und gibt 2 CO₂ ab. Acetyl-CoA (2C) bindet an Oxalacetat (4C) zu Citrat (6C); zwei Decarboxylierungen führen zurück zu vier Kohlenstoffen, der Rest des Kreises baut Oxalacetat neu auf.
- Die meiste Energie geht als NADH und FADH₂, nicht als ATP. Eine Runde liefert 3 NADH, 1 FADH₂ und nur 1 GTP oder ATP direkt; die Elektronenträger sind in der Atmungskette etwa 9 weitere ATP wert.
- Pro Glucose läuft der Zyklus zweimal. Die Glykolyse spaltet Glucose in zwei Pyruvat, jedes wird zu einem Acetyl-CoA; pro Glucose liefert der Zyklus also 4 CO₂, 6 NADH, 2 FADH₂ und 2 GTP oder ATP.
- Aufgeklärt hat ihn Hans Krebs in den 1930er-Jahren am Flugmuskel der Taube. Der Name Citratzyklus kommt von seinem ersten Produkt, TCA-Zyklus davon, dass Citrat und Isocitrat Tricarbonsäuren sind.
Citratzyklus vs. Calvin-Zyklus
Der Citratzyklus zerlegt Kohlenstoff, der Calvin-Zyklus baut ihn auf: Der Citratzyklus oxidiert Acetylgruppen in den Mitochondrien zu CO₂ und belädt NAD⁺ und FAD mit Elektronen, der Calvin-Zyklus fixiert CO₂ im Chloroplasten zu Zucker und verbraucht dafür ATP und NADPH. Beide sind geschlossene Kreise, die ihr Ausgangsmolekül zurückgewinnen, deshalb werden sie verglichen.
| Citratzyklus | Calvin-Zyklus | |
|---|---|---|
| Ort | Mitochondrienmatrix | Stroma des Chloroplasten |
| Teil von | Zellatmung (baut Moleküle ab) | Photosynthese (baut Zucker auf) |
| CO₂ | Freigesetzt, 2 pro Runde | Aufgenommen, 1 pro Runde, durch RuBisCO |
| Elektronenträger | NAD⁺ und FAD zu NADH und FADH₂ reduziert | NADPH zu NADP⁺ oxidiert |
| ATP | 1 GTP oder ATP pro Runde gebildet | 3 ATP pro fixiertem CO₂ verbraucht |
| Regeneriertes Molekül | Oxalacetat (4C) | RuBP (5C) |
Folgen Sie im Schaubild den CO₂-Pfeilen: Im Citratzyklus zeigen sie aus dem Kreis heraus, im Calvin-Zyklus hinein. Pflanzen betreiben beide, den Calvin-Zyklus tagsüber in den Chloroplasten und den Citratzyklus ständig in den Mitochondrien.
Fragen zum Citratzyklus
Ist der Krebs-Zyklus dasselbe wie der Citratzyklus?
Ja. Krebs-Zyklus, Citratzyklus und TCA-Zyklus (Tricarbonsäurezyklus) sind drei Namen für denselben Stoffwechselweg, die drei Schaubilder zeigen also denselben Kreis. Im deutschsprachigen Unterricht ist Citratzyklus der übliche Name, auch Zitronensäurezyklus kommt vor. Verwenden Sie im Titel den Namen Ihres Kurses; Zwischenprodukte und Produkte bleiben gleich.
Wo findet der Citratzyklus statt?
In der Mitochondrienmatrix, dem Raum innerhalb der inneren Mitochondrienmembran. Die einzige Ausnahme ist die Succinat-Dehydrogenase (Schritt 6), die in der inneren Membran selbst verankert ist. Bei Bakterien, die keine Mitochondrien haben, läuft der Zyklus im Cytoplasma.
Was sind die 8 Schritte des Citratzyklus?
1 Acetyl-CoA bindet an Oxalacetat zu Citrat; 2 Citrat wird zu Isocitrat; 3 Isocitrat wird zu α-Ketoglutarat, dabei werden CO₂ und NADH frei; 4 α-Ketoglutarat wird zu Succinyl-CoA, dabei werden CO₂ und NADH frei; 5 Succinyl-CoA wird zu Succinat und bildet GTP oder ATP; 6 Succinat wird zu Fumarat und bildet FADH₂; 7 Fumarat lagert Wasser an zu Malat; 8 Malat wird zu Oxalacetat und bildet NADH.
Was sind Edukte und Produkte des Citratzyklus?
Pro Runde nimmt er 1 Acetyl-CoA, 3 NAD⁺, 1 FAD, 1 GDP (oder ADP) mit Phosphat und 2 H₂O auf und gibt 2 CO₂, 3 NADH, 1 FADH₂, 1 GTP (oder ATP) und CoA ab. Oxalacetat wird in Schritt 1 verbraucht und in Schritt 8 neu gebildet, ist in der Bilanz also weder Edukt noch Produkt.
Wie viel ATP liefert der Citratzyklus?
Direkt ein GTP oder ATP pro Runde, also zwei pro Glucose. Rechnet man die 3 NADH und das 1 FADH₂ mit etwa 2,5 bzw. 1,5 ATP in der Atmungskette, ist eine Runde etwa 10 ATP wert, pro Glucose etwa 20.
Braucht der Citratzyklus Sauerstoff?
Er verbraucht selbst keinen Sauerstoff, kommt ohne ihn aber zum Stillstand und gilt deshalb als aerob. Der Zyklus braucht ständig NAD⁺ und FAD, und die werden nur regeneriert, wenn die Atmungskette Elektronen an Sauerstoff abgeben kann. Ohne Sauerstoff staut sich NADH und die Dehydrogenase-Schritte stoppen.
Warum läuft der Citratzyklus pro Glucose zweimal?
Weil eine Glucose in der Glykolyse zwei Pyruvat ergibt und jedes Pyruvat zu einem Acetyl-CoA wird. Jedes Acetyl-CoA treibt eine Runde an, pro Glucose verdoppelt sich also jedes Produkt: 4 CO₂, 6 NADH, 2 FADH₂ und 2 GTP oder ATP.
Was passiert mit Pyruvat vor dem Citratzyklus?
Es wird in die Mitochondrienmatrix transportiert und vom Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex zu Acetyl-CoA umgesetzt, wobei ein CO₂ und ein NADH frei werden. Diese oxidative Decarboxylierung gehört nicht zu den acht Schritten, die meisten Schaubilder zeichnen sie aber als Pfeil, der oben in den Kreis führt.
Gibt es eine Eselsbrücke für die Zwischenprodukte?
Verbreitet ist die englische Eselsbrücke „Citrate Is Krebs' Starting Substrate For Making Oxaloacetate“: Citrat, Isocitrat, α-Ketoglutarat, Succinyl-CoA, Succinat, Fumarat, Malat, Oxalacetat. Die Anfangsbuchstaben folgen dem Kreis im Uhrzeigersinn ab der Spitze und geben damit auch die Reihenfolge für die Beschriftung vor.
Welche Enzyme regulieren den Citratzyklus?
Citrat-Synthase, Isocitrat-Dehydrogenase und α-Ketoglutarat-Dehydrogenase, die drei Schritte mit großem Energiegefälle. Viel ATP und NADH bremsen sie; Calcium beschleunigt beide Dehydrogenasen und ADP die Isocitrat-Dehydrogenase, sodass der Zyklus schneller läuft, wenn ein Muskel arbeitet.
Wie unterscheidet sich der Citratzyklus von der Atmungskette?
Der Citratzyklus entzieht Acetylgruppen Elektronen und lädt sie auf NAD⁺ und FAD; die Atmungskette in der inneren Membran nimmt sie von NADH und FADH₂, gibt sie an Sauerstoff weiter und nutzt die Energie, um den größten Teil des zellulären ATP zu bilden. Sie werden als getrennte Abbildungen gezeichnet, der Zyklus in der Matrix und die Kette quer durch die Membran.
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