Van de Citroenzuur cyclus is een cyclus van biochemische reacties die wordt gebruikt om organische stoffen af te breken. Het proces is ingebed in het algehele metabolisme en neemt ongeveer de helft van de energieproductie voor haar rekening. Als de citroenzuurcyclus verstoord is, kan mitochondriale ziekte aanwezig zijn.
Wat is de citroenzuurcyclus?
De citroenzuurcyclus is een metabolische afbraakroute en speelt als zodanig een belangrijke rol in het celmetabolisme. Hij zal ook Citroenzuur cyclus genoemd en komt overeen met een cyclus van biochemische reacties. Het centrum van de citroenzuurcyclus is oxidatie, waarbij stoffen worden afgebroken door elektronen vrij te geven.
Op deze manier worden organische stoffen in de citroenzuurcyclus afgebroken om tussenproducten voor biosynthese te kunnen leveren. Bij levende wezens waarvan de cellen een kern hebben, vindt de citroenzuurcyclus plaats in de mitochondriale matrix van de cellen. In alle andere levende wezens bevindt het zich in het cytoplasma.
Als de citroenzuurcyclus in omgekeerde volgorde plaatsvindt, wordt dit de reductieve citroenzuurcyclus genoemd. Zo'n reductieve citroenzuurcyclus treedt bijvoorbeeld op bij de assimilatie van koolstof in het lichaam van verschillende bacteriën.
De citroenzuurcyclus dankt zijn naam aan citraat, dat bekend staat als het anion van citroenzuur. Hans A. Krebs was de eerste die de citroenzuurcyclus beschreef, zodat de cyclus ook wel de Krebs-cyclus wordt genoemd.
Functie en taak
De citroenzuurcyclus voorziet het menselijk organisme van tussenproducten voor de opbouw van organische componenten. Bovendien voorziet het mensen direct en indirect van energie in biochemische vorm. De afbraakroutes van eiwit-, vet- en koolhydraatmetabolisme komen samen in de citroenzuurcyclus in de vorm van geactiveerd azijnzuur.
Bij de afbraak van suikers, vetten en aminozuren ontstaat acetyl-CoA als tussenproduct. Dit acetyl-CoA wordt in de citroenzuurcyclus afgebroken tot CO2 en H2O. De eerste stap is een condensatie. Een C-2-molecuul uit acetyl-CoA wordt samen met een C-4-molecuul gecondenseerd tot citraat, d.w.z. tot een C-6-molecuul. Dit C-6-citraat wordt nu afgebroken. De afbraak vindt plaats met een dubbele afgifte van CO2 en creëert het C-4-samengestelde succinaat. Dit wordt gevolgd door tweetraps oxidatie. De C-4-verbinding wordt oxaalacetaat en een nieuwe cyclus kan beginnen.
Na elke cyclus is er een acetylresidu, d.w.z. nog een C-2-molecuul. Twee CO2-moleculen verlaten elk de cyclus. Eén C-4-molecuul wordt verbruikt bij de vorming van één C-6-molecuul. Pas als de circulatie volledig is, kan deze weer worden hersteld. Zodra de cyclus is voltooid, wordt acetaat geoxideerd tot water en kooldioxide. De afzonderlijke stappen van de reacties vinden plaats door middel van hydratatie, dehydratie, dehydratie en decarboxylering.
Gezien alle takken van de citroenzuurcyclus, kan men spreken van een netwerk van de cyclus met het hele metabolisme. De cyclus dient dus ook om anabole metabolische routes voor te bereiden. Alleen de vier dehydraties van alfa-ketoglutaraat, isocitraat, malaat en succinaat leveren energie. Deze energievoorziening is te wijten aan de oxidatie die het HCO2 ondergaat als onderdeel van de ademhalingsketen. Deze energie is nodig in de ademhalingsketen als onderdeel van oxidatieve fosforylering om ATP te produceren uit adenosinedifosfaat.
De oxidatie in de citroenzuurcyclus is daarom nauw verbonden met het behoud van energie in de ademhalingsketen. Ongeveer de helft van alle reacties op energieproductie vindt daarom plaats in de stofwisseling via de citroenzuurcyclus.
Ziekten en aandoeningen
Misvormingen en schade aan de mitochondriën worden ook wel mitochondriopathieën genoemd. Bij dergelijke misvormingen kan de citroenzuurcyclus niet in de gebruikelijke mate plaatsvinden. Energie is niet meer in voldoende hoeveelheden beschikbaar in de vorm van ATP. Patiënten voelen zich daardoor zwak, moe en uitgeput.
Mitochondriale pathologieën kunnen worden overgeërfd of verworven door omgevingsinvloeden. Er is vaak een verband tussen de twee vormen. De erfelijke vorm blijft bijvoorbeeld vaak zonder symptomen totdat omgevingsinvloeden de uitbraak initiëren.
De onvoldoende energievoorziening van de cellen wordt tegenwoordig beschouwd als een mogelijke oorzaak van verschillende neurodegeneratieve ziekten. Kanker en hart- en vaatziekten worden nu ook in verband gebracht met een verstoord celmetabolisme in de zin van een mitochondiale route.
Afhankelijk van welke processen in de mitochondriën verstoord zijn, spreken we van verschillende mitochondriale pathologieën. Als bijvoorbeeld de afbraak van pyruvaat wordt verstoord, kan de verbranding van glucose niet meer voldoende plaatsvinden en kan het eindproduct van de glucoseverbranding, d.w.z. glycolyse, niet migreren naar de citroenzuurcyclus. Meestal wordt dit fenomeen voorafgegaan door een mutatie in de X-gebonden semidominante overerving.
Er kunnen echter ook mitochondriale pathologieën zijn met andere effecten op de citroenzuurcyclus. Acetyl-CoA wordt verder verwerkt in de glycolysecyclus. Het is de voorlaatste stap in de verbranding van koolhydraten, die plaatsvindt vóór de ademhalingsketen. Als dit proces wordt verstoord, kan een tekort aan ketoglutaraat dehydrogenase, bijvoorbeeld een enzymtekort, verantwoordelijk zijn. Een gebrek aan fumarase kan ook een mogelijke oorzaak zijn.
Mitochondriale pathologieën komen tot uiting in een melkzuuroverbelasting, die op zijn beurt het gevolg is van een opeenhoping van pyruvaat vóór de citroenzuurcyclus. De symptomen zijn meestal spier- en neurologische klachten. Mitochondriale pathologieën verschillen in het aantal gemuteerde mitochondriën, maar vorderen gewoonlijk snel. Er zijn momenteel geen oorzakelijke behandelingsopties beschikbaar als therapeutische maatregelen, alleen symptomatische behandelingen.
.jpg)
