Ball-Zyklus

Der Citrat-Malat-Pyruvat-Zyklus (auch Ball-Zyklus) ist ein Stoffwechselweg zum Export von Acetyl-Resten, die für die cytosolische Erzeugung von Acetyl-CoA benötigt werden, aus den Mitochondrien und zur Umwandlung von Reduktionsäquivalenten von NADH nach NADPH, v. a. bei der Fettsäurebiosynthese. Er ist, neben dem Pentosephosphatweg, eine der beiden Möglichkeiten zur Gewinnung von NADPH.

Er wurde 1965 von Melodee S. Kornacker und Eric G. Ball nach Experimenten an Ratten postuliert (Kornacker und Ball, 1965). Citrat wird aus dem Mitochondrium exportiert und im Cytosol durch die ATP-Citratlyase in Acetyl-CoA und Oxalacetat gespalten. Das Oxalactetat wird unter NADH-Verbrauch zu Malat reduziert und durch das cytosolische Malatenzym unter NADPH-Synthese oxidativ decarboxyliert. Das entstehende Pyruvat gelangt zurück in das Mitochondrium, wo durch Pyruvatcarboxylase, Pyruvatdehydrogenase und Citratsynthase wieder Citrat entsteht.

Hintergrund

Fett ist ein Energiespeicher des Körpers. Zum Aufbau von Fett benötigt der Körper Fettsäuren. Diese wiederum entstehen aus Bausteinen, die Acetyl-CoA genannt werden.

Von besonderer Bedeutung für die im Cytosol stattfindende Fettsäurebiosynthese ist die Bereitstellung von Acetyl-CoA. Dieses kann jedoch die mitochondriale Innenmembran nicht permeieren (überqueren). Um es im Cytosol zu erzeugen, wird mitochondriales Citrat mit Hilfe eines spezifischen Transportsystems in das Cytosol transportiert und dort nach der Reaktion

Citrat + HS-CoA + ATP <--> Oxalacetat + Acetyl-CoA + ADP + Pi

durch die ATP-Citratlyase umgesetzt.

Bekanntlich kann sich der Körper durch Fettverbrennung Energie verschaffen. Da der Fettsäureaufbau gleichsam die Umkehrung der Fettverbrennung ist, sind die Acetyl-CoA-Bausteine zu Beginn der Fettsäureherstellung in einem verbrannten (oxidierten) Zustand. Sie müssen daher reduziert, d. h. von überschüssigem Sauerstoff befreit werden. Dazu verwendet der Organismus ein Reduktionsmittel, nämlich NADPH.

Der Citrat-Malat-Pyruvat-Zyklus ist nun eine zyklische Abfolge biochemischer Reaktionen, mit deren Hilfe sich der Körper die Fettsäurebausteine und das Reduktionsmittel verschafft. Ausgangsstoff ist hierbei letztlich der Zucker Glucose. Die Herstellung der Acetyl-CoA-Bausteine aus dem Zucker verläuft über Citrat, das Salz der Zitronensäure. Citrat spielt im Stoffwechsel eine zentrale Rolle. Im Rahmen des sog. Citrat-Zyklus kann eine andere Form von Reduktionsmittel, nämlich NADH erzeugt werden. Dieses NADH ist aber für den Fettsäureaufbau nicht geeignet. Über den Citrat-Malat-Pyruvat-Zyklus kann NADH in NADPH umgewandelt werden.

Neben dem Citrat-Malat-Pyruvat-Zyklus kann der Körper NADPH auch über einen anderen Stoffwechselweg, nämlich den Pentosephosphatweg, gewinnen.

Literatur

  • Kornacker MS, Ball EG, Citrate cleavage in adipose tissue, Proc Natl Acad Sci USA 54 (1965) 899-904.
  • Edmund M. Wise, Jr. and Eric G. Ball, Malic enzyme and lipogenesis, Proc Natl Acad Sci USA 52 (1964):1255-1263.
  • Jungermann K, Möhler H, Biochemie. Ein Lehrbuch für Studierende der Medizin, Biologie und Pharmazie. Springer (Berlin, Heidelberg, New York, 1980), p. 187.
  • Georg Löffler, Petro E. Petrides, Biochemie & Pathobiochemie, 7. Auflage, Springer Medizin Verlag Heidelberg (2003)

Weblinks

http://www.chembio.uoguelph.ca/educmat/Chm452/lectur12.htm


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