Schritt 5: Bildung von Succinat, Teil 1

Schritt 5: alpha-Ketoglutarat + CoA + NAD⁺ → Succinyl-CoA + NADH/H⁺ + CO₂
Autor: Ulrich Helmich 2022, Lizenz: siehe Seitenende.

Dieser Schritt ist sehr kompliziert, weil eine Vielzahl chemischer Reaktionen gleichzeitig ablaufen. Ein einzelnes Enzym reicht zur Beschleunigung der Reaktion nicht aus, es werden mehrere Enzyme benötigt, die Hand in Hand arbeiten, ein sogenannter Multienzymkomplex, der α-Ketoglutarat-Dehydrogenase-Komplex.

Der fünfte Schritt des Citratzyklus ähnelt der Einstiegsreaktion

Dieser erste Schritt der Succinat-Bildung ähnelt in vieler Hinsicht der Einstiegsreaktion in den Citratzyklus. Auch hier spielt das Coenzym A eine entscheidende Rolle. Während in der Einstiegsreaktion ein C2-Körper auf das Coenzym A übertragen wird, erfolgt in diesem fünften Schritt des Citratzyklus die Übertragung eines C4-Körpers auf Coenzym A.

Genau wie in der Einstiegsreaktion findet auch in diesem Schritt eine Decarboxylierung statt, bevor die Übertragung des Kohlenstoffgerüstes auf CoA stattfindet. In der Einstiegsreaktion wurde Pyruvat (Endprodukt der Glycolyse) decarboxyliert, in dem fünften Schritt des Citratzyklus wird α-Ketoglutarat decarboxyliert.

Schließlich gibt es eine dritte Parallele: Sowohl in der Einstiegsreaktion wie auch in dem fünften Schritt ist mit der Decarboxylierung eine Oxidation der organischen Substrate verbunden. Es werden Reduktionsäquivalente (2 H⁺ / 2e^-) auf NAD⁺ übertragen, so dass NADH/H⁺gebildet wird.

Nicht nur die Reaktion ähnelt der Einstiegsreaktion, auch die beiden Enzymkomplexe ähneln sich stark. Der α-Ketoglutarat-Dehydrogenase-Komplex ist ähnlich aufgebaut wie der Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex ^[3]. Es wird sogar eine Homologie dieser beiden Komplexe vermutet, das heißt, dass sie einen gemeinsamen Ursprung haben. Die drei Enzyme des α-Ketoglutarat-Dehydrogenase-Komplexes heißen α-Ketoglutarat-Dehydrogenase, Transsuccinylase und Dihydrolipoyl-Dehydrogenase ^[3]. Das dritte Enzym ist sogar mit dem dritten Enzym des Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex identisch!

Und noch eine weitere Parallele gibt es: Die in den beiden Reaktionen beteiligten Cofaktoren Thiaminpyrophosphat (TTP), Liponamid, Coenzym A, FAD und NAD⁺sind identisch!

Details zum fünften Schritt des Citratzyklus ^[4]
Quelle: Wikipedia, Artikel "α-Ketoglutarat-Dehydrogenase-Komplex", Autor: Yikrazuul, Lizenz: Public Domain.

Der fünfte Schritt liefert gebundenen Wasserstoff!

Das eigentliche Endprodukt dieses Schrittes heißt nicht Succinyl-CoA, sondern NADH/H⁺!

Die Aufgabe des Coenzym A ist es, den bei der Decarboxylierung des Ketoglutarats entstandenen C4-Körper "Succinyl-" zu binden und den zweiten Teilschritt der Succinatbildung zu ermöglichen.