Hoofdstuk III std.pptx

# De citroenzuurcyclus (Krebs-cyclus) De citroenzuurcyclus, ook wel bekend als de Krebs-cyclus, is een centrale metabole route die plaatsvindt in de mitochondriële matrix en cruciaal is voor de oxidatie van acetyl-CoA, wat leidt tot de productie van energierijke moleculen en precursors voor biosynthese. ### 1.1 Overzicht van de citroenzuurcyclus De cyclus begint met de omzetting van pyruvaat, het eindproduct van de glycolyse, naar acetyl-CoA. Vervolgens wordt acetyl-CoA gecondenseerd met oxaalacetaat om citraat te vormen, waarna een reeks reacties plaatsvindt die uiteindelijk leiden tot de regeneratie van oxaalacetaat en de productie van kooldioxide (CO2), NADH, FADH2 en GTP. ### 1.2 Stappen van de citroenzuurcyclus De cyclus kan worden onderverdeeld in de volgende reacties: #### 1.2.1 Oxidatieve decarboxylering van pyruvaat Pyruvaat ondergaat een oxidatieve decarboxylering, gekatalyseerd door het pyruvaatdehydrogenase complex, om acetyl-CoA te vormen. Deze reactie is een "committed step" in de weg naar de citroenzuurcyclus. $$ \text{Pyruvaat} + \text{HSCoA} + \text{NAD}^+ \rightarrow \text{Acetyl-CoA} + \text{CO}_2 + \text{NADH} + \text{H}^+ $$ #### 1.2.2 Condensatie van acetyl-CoA met oxaalacetaat Acetyl-CoA condenseert met oxaalacetaat (een vierkoolstofverbinding) om citraat (een zeskoolstofverbinding) te vormen. Deze reactie wordt gekatalyseerd door citraatsynthase. $$ \text{Acetyl-CoA} + \text{Oxaalacetaat} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Citraat} + \text{CoA-SH} $$ #### 1.2.3 Isomerisatie van citraat tot isocitraat Citraat wordt door het enzym aconitase omgezet in isocitraat. Dit gebeurt via een intermediair, cis-aconiaat, waarbij een hydroxylgroep wordt verplaatst. $$ \text{Citraat} \leftrightarrow \text{cis-Aconitaat} + \text{H}_2\text{O} $$ $$ \text{cis-Aconitaat} + \text{H}_2\text{O} \leftrightarrow \text{Isocitraat} $$ #### 1.2.4 Oxidatieve decarboxylering van isocitraat Isocitraat wordt geoxideerd en gedecaboxyleerd tot $\alpha$-ketoglutaraat. Hierbij worden CO2 en NADH geproduceerd. Dit wordt gekatalyseerd door isocitraatdehydrogenase. $$ \text{Isocitraat} + \text{NAD}^+ \rightarrow \alpha\text{-Ketoglutaraat} + \text{CO}_2 + \text{NADH} + \text{H}^+ $$ #### 1.2.5 Oxidatieve decarboxylering van $\alpha$-ketoglutaraat $\alpha$-Ketoglutaraat wordt door het $\alpha$-ketoglutaraatdehydrogenase complex geoxideerd en gedecaboxyleerd tot succinyl-CoA. Ook hierbij komen CO2 en NADH vrij. $$ \alpha\text{-Ketoglutaraat} + \text{HSCoA} + \text{NAD}^+ \rightarrow \text{Succinyl-CoA} + \text{CO}_2 + \text{NADH} + \text{H}^+ $$ #### 1.2.6 Fosforylering van guanosinedifosfaat (GDP) Succinyl-CoA wordt omgezet in succinaat, waarbij GTP wordt gevormd door substraatniveau fosforylering, gekatalyseerd door succinyl-CoA synthetase. Dit is energetisch equivalent aan ATP-vorming. $$ \text{Succinyl-CoA} + \text{GDP} + \text{Pi} \rightarrow \text{Succinaat} + \text{GTP} + \text{HSCoA} $$ > **Tip:** GTP kan omgezet worden naar ATP door nucleoside difosfokinase: $\text{GTP} + \text{ADP} \rightleftharpoons \text{ATP} + \text{GDP}$. #### 1.2.7 Oxidatie van succinaat tot fumaraat Succinaat wordt geoxideerd tot fumaraat door succinaatdehydrogenase. Hierbij wordt FAD gereduceerd tot FADH2, omdat de redoxpotentiaal voor deze reactie onvoldoende is om NAD+ te reduceren. Dit enzym is geïntegreerd in de binnenste mitochondriële membraan en verbonden met de elektronentransportketen. $$ \text{Succinaat} + \text{FAD} \rightarrow \text{Fumaraat} + \text{FADH}_2 $$ #### 1.2.8 Hydratatie van fumaraat tot malaat Fumaraat wordt gehydrateerd tot malaat door fumarase. $$ \text{Fumaraat} + \text{H}_2\text{O} \leftrightarrow \text{Malaat} $$ #### 1.2.9 Oxidatie van malaat tot oxaalacetaat Malaat wordt geoxideerd tot oxaalacetaat door malaatdehydrogenase. Hierbij wordt NAD+ gereduceerd tot NADH. $$ \text{Malaat} + \text{NAD}^+ \rightarrow \text{Oxaalacetaat} + \text{NADH} + \text{H}^+ $$ ### 1.3 Balans van de citroenzuurcyclus Per molecuul acetyl-CoA dat de cyclus ingaat, zijn de netto resultaten: * **Twee CO2-moleculen** worden geproduceerd. * **Drie NAD+ moleculen** worden gereduceerd tot NADH. * **Eén FAD molecuul** wordt gereduceerd tot FADH2. * **Eén GTP molecuul** wordt gevormd. * **Twee watermoleculen** worden verbruikt. Het gevormde NADH en FADH2 worden verder geoxideerd in de elektronentransportketen, wat leidt tot de vorming van ATP. De totale ATP-opbrengst, inclusief de oxidatie van NADH en FADH2, is aanzienlijk. > **Tip:** O2 participeert niet direct in de citroenzuurcyclus, maar is essentieel voor de regeneratie van NAD+ en FAD via de elektronentransportketen. ### 1.4 Rol van de citroenzuurcyclus in biosynthese en anabolisme De citroenzuurcyclus is niet alleen betrokken bij afbraak (catabolisme), maar levert ook precursors voor biosynthetische reacties (anabolisme). Intermediairen zoals $\alpha$-ketoglutaraat en oxaalacetaat kunnen gebruikt worden voor de synthese van aminozuren door transaminatie. Succinyl-CoA is een precursor voor porfyrinen, de bouwstenen van heemgroepen. #### 1.4.1 Anaplerotische reacties Wanneer intermediairen van de cyclus worden onttrokken voor biosynthetische doeleinden, kunnen deze worden aangevuld door anaplerotische reacties om de cyclus draaiende te houden. Voorbeelden hiervan zijn: * Omzetting van aspartaat naar oxaalacetaat. * Omzetting van pyruvaat naar oxaalacetaat (via pyruvaatcarboxylase, een reactie die ATP vereist). * Omzetting van pyruvaat via malaat naar oxaalacetaat (inclusief carboxylerings- en reductiestappen). ### 1.5 Controle van de citroenzuurcyclus De activiteit van de citroenzuurcyclus wordt gereguleerd op verschillende punten, voornamelijk door productinhibitie en allosterische regulatie: * **Pyruvaatdehydrogenase:** Geïnhibeerd door acetyl-CoA en NADH. * **Citraatsynthase:** Geïnhibeerd door ATP en NADH (indicatoren van een hoge energielading). * **Isocitraatdehydrogenase:** Geïnhibeerd door ATP en NADH, maar gestimuleerd door ADP (indicatie van lage energielading). * **$\alpha$-Ketoglutaraatdehydrogenase:** Geïnhibeerd door succinyl-CoA, NADH en GTP. ### 1.6 Glyoxylaatcyclus Planten en bacteriën beschikken over de glyoxylaatcyclus, die lijkt op de citroenzuurcyclus maar de decarboxylatiestappen omzeilt. Hierdoor kunnen vetzuren worden omgezet in glucose en koolhydraten via acetyl-CoA en oxaalacetaat, wat bij zoogdieren niet mogelijk is. Deze cyclus vindt plaats in glyoxysomen. ### 1.7 Lokalisatie in de mitochondriën De meeste enzymen van de citroenzuurcyclus bevinden zich in de **mitochondriële matrix**. De buitenste mitochondriële membraan is relatief permeabel voor kleine moleculen, terwijl de binnenste membraan selectief permeabel is en transport van moleculen reguleert via specifieke carrier-eiwitten. Deze compartimentalisatie is cruciaal voor de efficiëntie van cellulaire processen. --- # Glyoxylaatcyclus De glyoxylaatcyclus is een metabole route die voornamelijk voorkomt in planten en bacteriën, en die verschilt van de citroenzuurcyclus door het ontbreken van decarboxylatiestappen, waardoor vetzuren kunnen worden omgezet in glucose. ### 2.1 Kenmerken en rol van de glyoxylaatcyclus De glyoxylaatcyclus is een aanpassing van de citroenzuurcyclus (ook bekend als de Krebscyclus of TCA-cyclus) die het mogelijk maakt voor organismen om acetyl-CoA, afkomstig van de afbraak van vetzuren, te gebruiken voor de synthese van koolhydraten. Dit is cruciaal voor organismen die hun energie opslaan in de vorm van vetten, maar behoefte hebben aan glucose, zoals kiemende zaden van planten of bepaalde bacteriën. #### 2.1.1 Verschillen met de citroenzuurcyclus Het fundamentele verschil tussen de glyoxylaatcyclus en de citroenzuurcyclus ligt in het ontbreken van de decarboxylatiestappen die in de citroenzuurcyclus voorkomen. In de citroenzuurcyclus worden koolstofatomen in de vorm van CO$_2$ verwijderd, wat leidt tot een nettoverlies van koolstof uit de cyclus. De glyoxylaatcyclus omzeilt deze stappen door middel van specifieke enzymen, waardoor alle koolstofatomen van acetyl-CoA binnen de cyclus blijven en kunnen worden gebruikt voor biosynthese. #### 2.1.2 Belangrijkste enzymen en reacties De glyoxylaatcyclus maakt gebruik van de meeste enzymen van de citroenzuurcyclus, maar voegt twee unieke enzymen toe: 1. **Isocitraatlyase:** Dit enzym splitst isocitraat in succinaat en glyoxylaat. Dit is de sleutelreactie die decarboxylatie voorkomt. $$ \text{Isocitraat} \rightarrow \text{Succinaat} + \text{Glyoxylaat} $$ 2. **Malaatsynthase:** Dit enzym condenseert glyoxylaat met een tweede molecuul acetyl-CoA, wat resulteert in de vorming van malaat. $$ \text{Glyoxylaat} + \text{Acetyl-CoA} \rightarrow \text{Malaat} $$ De cyclus begint typisch met de condensatie van acetyl-CoA met oxaalacetaat (net als bij de citroenzuurcyclus), wat citraat vormt. Echter, in plaats van verder te gaan met decarboxylatiestappen, wordt citraat omgezet in isocitraat. Vervolgens splitst isocitraatlyase isocitraat. Het gevormde succinaat kan de citroenzuurcyclus binnenkomen en verder geoxideerd worden, terwijl glyoxylaat via malaatsynthase opnieuw wordt omgezet in malaat. Malaat kan vervolgens worden omgezet in oxaalacetaat, dat dan weer met een nieuw molecuul acetyl-CoA kan condenseren om de cyclus te continueren of kan worden gebruikt voor de synthese van glucose. #### 2.1.3 Lokalisatie De enzymen van de glyoxylaatcyclus zijn voornamelijk gelokaliseerd in gespecialiseerde organellen genaamd **glyoxysomen**, die voornamelijk in de kiemende zaden van planten en in bepaalde bacteriën worden aangetroffen. Deze lokalisatie in glyoxysomen scheidt de cyclus af van de reguliere citroenzuurcyclus die in de mitochondriën plaatsvindt. > **Tip:** De glyoxylaatcyclus maakt het mogelijk voor planten en sommige bacteriën om vetzuren om te zetten in glucose. Dit is een essentieel proces voor energieopslag en -herstel, vooral tijdens perioden van beperkte koolhydraatbeschikbaarheid, zoals de ontkieming van zaden. ### 2.2 Conversie van vetzuren naar glucose De belangrijkste functie van de glyoxylaatcyclus is de mogelijkheid om vetzuren om te zetten in koolhydraten. Dit proces verloopt als volgt: 1. **Vetzuren worden afgebroken tot acetyl-CoA:** Via $\beta$-oxidatie worden vetzuren afgebroken tot acetyl-CoA, dat de glyoxylaatcyclus binnenkomt. 2. **Acetyl-CoA wordt omgezet in malaat via de glyoxylaatcyclus:** Zoals hierboven beschreven, wordt acetyl-CoA via isocitraat en glyoxylaat uiteindelijk omgezet in malaat. 3. **Malaat wordt omgezet naar oxaalacetaat:** Malaat wordt door het enzym malaatdehydrogenase omgezet in oxaalacetaat, waarbij NADH wordt geproduceerd. 4. **Oxaalacetaat wordt omgezet in fosfo-enolpyruvaat (PEP):** Oxaalacetaat is een intermediair in de gluconeogenese. Het kan worden omgezet in fosfo-enolpyruvaat (PEP) via het enzym fosfo-enolpyruvaatcarboxykinase (PEPCK) en de consumptie van GTP. 5. **PEP wordt omgezet in glucose:** PEP wordt vervolgens via de gluconeogenetische weg omgezet in glucose. > **Voorbeeld:** Een kiemend zaadje dat voornamelijk vetten als energieopslag heeft, kan dankzij de glyoxylaatcyclus en gluconeogenese de energie verkrijgen die nodig is voor groei en ontwikkeling door deze vetten om te zetten in glucose. Zoogdieren missen de enzymen isocitraatlyase en malaatsynthase, en kunnen vetzuren dus niet op deze manier omzetten in glucose. ### 2.3 Regulatie van de glyoxylaatcyclus De activiteit van de glyoxylaatcyclus wordt nauwkeurig gereguleerd, vaak als reactie op de energiebehoefte van de cel en de beschikbaarheid van substraten. * **Beschikbaarheid van acetyl-CoA:** De cyclus is sterk afhankelijk van de aanvoer van acetyl-CoA. * **Energieconditie van de cel:** Wanneer de cel voldoende energie heeft (bijvoorbeeld ATP), wordt de citroenzuurcyclus bevorderd voor biosynthese. Bij een lage energielading wordt de glyoxylaatcyclus geactiveerd om energie te produceren. * **Specifieke enzymregulatie:** De activiteit van isocitraatlyase en malaatsynthase kan worden gereguleerd. In planten wordt de glyoxylaatcyclus bijvoorbeeld gestimuleerd door een hoge concentratie suikers en geremd door bepaalde verbindingen die duiden op een overmaat aan energie. ### 2.4 Anaplerotische reacties Net als bij de citroenzuurcyclus zijn er ook voor de glyoxylaatcyclus anaplerotische reacties nodig om intermediairen aan te vullen die worden gebruikt voor biosynthese. Oxaalacetaat is een belangrijk intermediair dat kan worden afgeleid uit aspartaat of pyruvaat (via pyruvaatcarboxylase), of gevormd door de carboxylering en reductie van pyruvaat tot malaat. Deze reacties zorgen ervoor dat de cyclus continu kan draaien, zelfs wanneer intermediairen voor anabole processen worden onttrokken. > **Vergelijking met citroenzuurcyclus:** Terwijl de citroenzuurcyclus voornamelijk een katabolische rol speelt door acetyl-CoA te oxideren tot CO$_2$ en energie te produceren, kan de glyoxylaatcyclus, door het ontbreken van decarboxylatie, zowel katabole (productie van succinaat) als anabole (synthese van glucose uit acetyl-CoA) functies vervullen. ### 2.5 Rol in verschillende organismen * **Planten:** Cruciaal voor kiemende zaden om vetreserves om te zetten in suikers voor groei. * **Bacteriën:** Gebruikt door sommige bacteriën voor het metabolisme van vetzuren en de synthese van celcomponenten. * **Zoogdieren:** De glyoxylaatcyclus is afwezig in de meeste zoogdieren, wat verklaart waarom zij vetzuren niet direct in glucose kunnen omzetten. --- # Compartimentalisatie van de mitochondriën en regulatie De locatie van de citroenzuurcyclus binnen de mitochondriën en de regulatie ervan, inclusief de rol van producten en de energietoestand van de cel, worden hier besproken. ### 3.1 Locatie van de citroenzuurcyclus binnen de mitochondriën De mitochondriën bestaan uit meerdere compartimenten, elk met specifieke functies: * **Buitenste membraan:** Relatief permeabel voor kleine moleculen en ionen, mede dankzij de aanwezigheid van porines. * **Intermembranaire ruimte:** De ruimte tussen het buitenste en binnenste membraan. * **Binnenste membraan:** Impermeabel voor de meeste moleculen, met uitzondering van specifieke "carrier"-eiwitten die transport faciliteren. Hier bevindt zich ook de elektronentransportketen. * **Matrix:** De binnenste ruimte van de mitochondriën. De meeste enzymen die betrokken zijn bij de citroenzuurcyclus zijn gelokaliseerd in de mitochondriale matrix. De compartimentalisatie binnen de mitochondriën is cruciaal voor de efficiënte regulatie van diverse metabole processen. ### 3.2 Regulatie van de citroenzuurcyclus De citroenzuurcyclus wordt nauwkeurig gereguleerd om te voldoen aan de energievraag van de cel en om overbodige productie van intermediairen te voorkomen. Deze regulatie vindt plaats op verschillende niveaus, voornamelijk door productinhibitie en door de energietoestand van de cel. #### 3.2.1 Sleutelenzymen en hun regulatie Verschillende enzymen in de cyclus zijn belangrijke regulatiepunten: * **Pyruvaatdehydrogenase complex:** Dit complex katalyseert de oxidatieve decarboxylering van pyruvaat naar acetyl-CoA, de stap die de glycolyse verbindt met de citroenzuurcyclus. Dit wordt beschouwd als een "committed step" voor de cyclus. * **Inhibitieve feedback:** Acetyl-CoA en NADH, de producten van deze reactie, remmen het pyruvaatdehydrogenase complex allosterisch. Dit voorkomt dat de cyclus wordt aangedreven wanneer er al voldoende tussenproducten aanwezig zijn. * **Citraatsynthase:** Katalyseert de condensatie van acetyl-CoA en oxaalacetaat tot citraat. * **Signaal van lage energielading:** Een lage verhouding van $\text{NAD}^+$ /$\text{NADH}$ en $\text{FAD}$ /$\text{FADH}_2$ (wat duidt op een lage energietoestand van de cel) stimuleert dit enzym indirect door de beschikbaarheid van substraten te beïnvloeden. * **Allosterische inhibitie:** ATP werkt als een allosterische inhibitor door de $K_M$ (Michaelis-constante) voor acetyl-CoA te verhogen, wat de affiniteit van het enzym voor zijn substraat vermindert. * **Isocitraatdehydrogenase:** Katalyseert de oxidatieve decarboxylering van isocitraat tot $\alpha$-ketoglutaraat. * **Allosterische inhibitie door ATP:** Hoge niveaus van ATP remmen dit enzym, wat aangeeft dat de cel voldoende energie heeft en de cyclus kan vertragen. * **Allosterische stimulatie door ADP:** ADP werkt als een allosterische activator, waardoor de substraataffiniteit van het enzym toeneemt. Dit signaleert een behoefte aan energieproductie. * **Inhibitie door NADH:** NADH remt ook dit enzym, wat een logisch gevolg is van productinhibitie. * **$\alpha$-Ketoglutaraatdehydrogenase complex:** Katalyseert de oxidatieve decarboxylering van $\alpha$-ketoglutaraat tot succinyl-CoA. Dit complex is homoloog aan het pyruvaatdehydrogenase complex en deelt enkele cofactoren. * **Inhibitie door producten:** Succinyl-CoA en NADH remmen dit enzym. Daarnaast remt GTP, net als ATP, dit enzym allosterisch. #### 3.2.2 Rol van de energietoestand van de cel De energietoestand van de cel, grotendeels bepaald door de concentraties van $\text{ATP}$, $\text{ADP}$, $\text{NADH}$ en $\text{FAD}$, is een cruciale factor in de regulatie van de citroenzuurcyclus. * **Hoge energielading:** Wanneer de cel een hoge concentratie $\text{ATP}$ en $\text{NADH}$ heeft, is er minder behoefte aan energieproductie via de citroenzuurcyclus. Verschillende enzymen, zoals citraatsynthase, isocitraatdehydrogenase en $\alpha$-ketoglutaraatdehydrogenase, worden geremd door deze moleculen. * **Lage energielading:** Bij een lage concentratie $\text{ATP}$ en een hoge concentratie $\text{ADP}$ en $\text{NADH}$ (omdat de elektronentransportketen langzamer draait), is er een grote behoefte aan energie. $\text{ADP}$ stimuleert isocitraatdehydrogenase, en de verhoogde beschikbaarheid van $\text{NAD}^+$ en $\text{FAD}$ (door oxidatie van $\text{NADH}$ en $\text{FADH}_2$ in de elektronentransportketen) bevordert de voorwaartse richting van de cyclus. #### 3.2.3 Post-translationele modificaties Hoewel niet direct gekoppeld aan de enzymen van de citroenzuurcyclus zelf, is er een verband met post-translationele modificaties, zoals acetylering van histonen. Acetylering, vaak gestimuleerd bij een hoge energielading in de cel (waarbij acetyl-CoA niet primair nodig is voor energieproductie), maakt DNA toegankelijker voor transcriptie. Dit illustreert hoe de energiestatus van de cel de machinerie voor genexpressie kan beïnvloeden, wat indirect de beschikbare enzymen voor metabole cycli kan beïnvloeden. ### 3.3 Anaplerotische reacties en biosynthese De citroenzuurcyclus is niet alleen een catabolische route voor energieproductie, maar intermediairen kunnen ook worden gebruikt voor biosynthetische doeleinden. * **Biosynthetische toepassingen:** * Oxaalacetaat is een precursor voor gluconeogenese. * $\alpha$-ketoglutaraat en oxaalacetaat kunnen via transaminatie worden omgezet in aminozuren. * Succinyl-CoA is een voorloper voor de synthese van porfyrinen, zoals hemengroepen. * **Anaplerotische reacties:** Wanneer intermediairen van de cyclus worden onttrokken voor biosynthese, kunnen deze cycli stilvallen. Om dit te voorkomen, zijn er anaplerotische (opvullende) reacties die de voorraad van deze intermediairen aanvullen. Enkele belangrijke voorbeelden zijn: 1. **Oxaalacetaat uit aspartaat en glutamaat:** Via transaminatiereacties kan oxaalacetaat worden gevormd. $$ \text{oxaalacetaat} + \text{aspartaat} \rightleftharpoons \alpha\text{-ketoglutaraat} + \text{aspartaat} $$ Deze reacties vereisen een $\alpha$-aminogroep donor (zoals glutamaat) en een $\alpha$-ketocarbonzuur acceptor (zoals oxaalacetaat om $\alpha$-ketoglutaraat te vormen, of $\alpha$-ketoglutaraat om oxaalacetaat te vormen). 2. **Oxaalacetaat uit pyruvaat en $\text{CO}_2$:** Het enzym pyruvaatcarboxylase katalyseert de carboxyleringsreactie van pyruvaat tot oxaalacetaat. Dit proces vereist energie in de vorm van ATP-hydrolyse en gebruikt biotine als cofactor. De reactie verbruikt $\text{CO}_2$ in de vorm van bicarbonaat ($\text{HCO}_3^-$). $$ \text{pyruvaat} + \text{HCO}_3^- + \text{ATP} \rightarrow \text{oxaalacetaat} + \text{ADP} + \text{Pi} $$ 3. **Oxaalacetaat uit pyruvaat via malaat:** Een carboxylering gevolgd door een NADPH-afhankelijke reductie van pyruvaat tot malaat, waarna malaat door malaatdehydrogenase wordt geoxideerd tot oxaalacetaat. $$ \text{pyruvaat} + \text{CO}_2 + \text{NADPH} \rightarrow \text{malaat} + \text{NADP}^+ $$ $$ \text{malaat} + \text{NAD}^+ \rightleftharpoons \text{oxaalacetaat} + \text{NADH} + \text{H}^+ $$ ### 3.4 De glyoxylaatcyclus De glyoxylaatcyclus is een variant van de citroenzuurcyclus die voorkomt in planten, bacteriën en schimmels, maar niet in zoogdieren. Deze cyclus maakt het mogelijk om acetyl-CoA om te zetten in koolhydraten, wat vooral belangrijk is bij de omzetting van vetzuren naar glucose. * **Kenmerken:** * De cyclus mist de decarboxyleringstappen van de citroenzuurcyclus, waardoor er geen verlies van koolstofatomen is als $\text{CO}_2$. * Isocitraat wordt gesplitst tot succinaat en glyoxylaat. * Glyoxylaat condenseert met een tweede molecuul acetyl-CoA om malaat te vormen. * Malaat kan vervolgens worden omgezet in oxaalacetaat, en via gluconeogenese (bijvoorbeeld via PEP carboxykinase) tot glucose. * **Locatie:** Deze cyclus vindt plaats in de glyoxysomen. * **Betekenis:** Planten kunnen via de glyoxylaatcyclus vetzuren efficiënt omzetten in glucose, een proces dat bij zoogdieren niet mogelijk is. ### 3.5 Indicatoren van de energietoestand van de cel De verhoudingen van $\text{NAD}^+$/$\text{NADH}$ en $\text{FAD}$/$\text{FADH}_2$ zijn directe indicatoren van de oxidatie-reductiestatus van de cel, en daarmee van de energietoestand. Een hoge concentratie gereduceerde cofactoren (NADH, FADH$_2$) duidt op een lagere activiteit van de elektronentransportketen en dus op een potentieel lagere energiebehoefte of een overschot aan reducerend vermogen. > **Tip:** De regulatie van de citroenzuurcyclus is een complex samenspel van enzymatische activiteit, allosterische effecten en de cellulaire energietoestand. Begrip van deze interacties is cruciaal voor het verklaren van de metabole flexibiliteit van de cel. > **Voorbeeld:** Als een cel veel $\text{ATP}$ heeft, zullen enzymen zoals isocitraatdehydrogenase worden geremd. Dit vermindert de snelheid waarmee isocitraat wordt afgebroken, wat op zijn beurt de citroenzuurcyclus vertraagt en voorkomt dat er onnodig veel intermediairen en $\text{NADH}$ worden geproduceerd. --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Citroenzuurcyclus (Krebs-cyclus) | Een reeks chemische reacties die plaatsvindt in de mitochondriën van aerobe organismen, waarbij acetyl-CoA wordt geoxideerd tot kooldioxide, met de productie van ATP (via GTP), NADH en FADH2. | | Pyruvaat | Een driekoolstofverbinding die het eindproduct is van glycolyse en als startmateriaal dient voor de citroenzuurcyclus, na omzetting naar acetyl-CoA. | | Acetyl-CoA | Een molecuul dat de twee koolstofatomen van de acetylgroep transporteert naar de citroenzuurcyclus, waar het condenseert met oxaalazijnzuur. | | Oxidatieve decarboxylering | Een reactie waarbij een carboxylgroep wordt verwijderd in de vorm van kooldioxide, terwijl tegelijkertijd elektronen worden overgedragen aan een acceptor zoals NAD+. | | Mitochondriën | Celorganellen die bekend staan als de energiecentrales van de cel, waar de citroenzuurcyclus en de elektronentransportketen plaatsvinden. | | Intermediairen | Moleculen die worden gevormd tijdens tussenstappen van een metabole route, zoals de citroenzuurcyclus. | | Oxaalazijnzuur | Een vierkoolstofverbinding die reageert met acetyl-CoA om citraat te vormen, de eerste stap in de citroenzuurcyclus. | | Citraat | Een zes-koolstofverbinding, het eerste product gevormd door de condensatie van acetyl-CoA en oxaalazijnzuur in de citroenzuurcyclus. | | Isocitraat | Een isomeer van citraat, dat ontstaat na de omzetting van citraat door het enzym aconitase, en dat verder wordt geoxideerd in de citroenzuurcyclus. | | Alfa-ketoglutaraat | Een vijf-koolstofverbinding die ontstaat na de oxidatieve decarboxylering van isocitraat en een belangrijke intermediair is in de citroenzuurcyclus. | | Succinyl-CoA | Een vierkoolstofverbinding die ontstaat na de oxidatieve decarboxylering van alfa-ketoglutaraat, en die een hoge energie-inhoud heeft. | | Succinaat | Een vierkoolstofverbinding die ontstaat na de hydrolyse van succinyl-CoA, en die verder wordt geoxideerd tot fumaraat in de citroenzuurcyclus. | | Fumaraat | Een vierkoolstofverbinding die ontstaat door de dehydratatie van succinaat, en die wordt omgezet in malaat. | | Malaat | Een vierkoolstofverbinding die ontstaat door de hydratatie van fumaraat, en die wordt geoxideerd tot oxaalazijnzuur om de cyclus te voltooien. | | GTP | Guanosinetrifosfaat, een energierijke verbinding die in de citroenzuurcyclus wordt geproduceerd als energetisch equivalent van ATP. | | NAD+ / NADH | Nicotinamide adenine dinucleotide, een co-enzym dat fungeert als elektronendrager. NAD+ wordt gereduceerd tot NADH tijdens oxidatiereacties, waarbij elektronen worden opgenomen. | | FAD / FADH2 | Flavin adenine dinucleotide, een co-enzym dat ook fungeert als elektronendrager en wordt gereduceerd tot FADH2. | | Anaplerotische reacties | Reacties die intermediairen aanvullen die uit een cyclus zijn verwijderd voor biosynthetische doeleinden, om de continuïteit van de cyclus te waarborgen. | | Glyoxylaatcyclus | Een variant van de citroenzuurcyclus die voorkomt in planten en bacteriën, en die decarboxylatiestappen vermijdt, waardoor koolstofatomen niet verloren gaan en omzetting naar glucose mogelijk is. | | Glyoxysomen | Gespecialiseerde peroxisomen in plantencellen waar de glyoxylaatcyclus plaatsvindt. |