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Polski🔋 Zellatmung — Krebs-Zyklus
Animieren Sie die acht Zwischenprodukte des Citratzyklus, die Acetyl-CoA in CO2, NADH, FADH2 und ATP umwandeln; blockieren Sie Sauerstoff, um zu sehen, wie der Zyklus ohne funktionierende Elektronentransportkette ins Stocken gerät.
Wie es funktioniert
Der Krebs-Zyklus (Citratzyklus) ist ein geschlossener Kreislauf aus acht enzymkatalysierten Reaktionen, die in der mitochondrialen Matrix ablaufen. Jeder Umlauf beginnt, wenn Acetyl-CoA mit Oxalacetat zu Citrat kondensiert, und verläuft über Isocitrat, α-Ketoglutarat, Succinyl-CoA, Succinat, Fumarat und Malat, bevor Oxalacetat regeneriert wird, um erneut zu beginnen. Dabei werden die Kohlenstoffe der Acetylgruppe schrittweise oxidiert, wobei bei den Schritten Isocitrat→α-Ketoglutarat und α-Ketoglutarat→Succinyl-CoA zwei Moleküle CO2 freigesetzt werden, während energiereiche Elektronen von den Carriern NAD+ und FAD eingefangen werden.
Der Zyklus kann nicht schneller laufen, als es die Versorgung mit oxidierten Carriern erlaubt: Jeder Umlauf verbraucht NAD+ und FAD und wandelt sie in NADH und FADH2 um. In echten Zellen reoxidiert die Elektronentransportkette (ETC) diese Carrier, indem sie deren Elektronen an Sauerstoff weitergibt und so NAD+/FAD regeneriert, damit der Zyklus weiterlaufen kann. Diese Simulation bildet diese Abhängigkeit direkt ab — wenn Sauerstoff vorhanden ist, regeneriert sich der Carrier-Pool in jedem Bild; wird der Sauerstoff abgeschaltet, wird der Pool nur noch verbraucht, das Fluss-Paket verlangsamt sich proportional zum verbleibenden Poolanteil, und der Zyklus kommt sichtbar zum Stillstand — genau wie anaerobe Bedingungen den oxidativen Stoffwechsel stoppen, während die Glykolyse unabhängig weiterlaufen kann.
Pool-Verbrauch: pool -= carrierCost bei jedem NADH/FADH2-erzeugenden Schritt
Pool-Regeneration (O2 an): pool += regenRate · (poolMax - pool)
Pool-Regeneration (O2 aus): 0
Pro vollem Umlauf: +3 NADH, +1 FADH2, +1 ATP(GTP), +2 CO2
Häufig gestellte Fragen
Was ist der Krebs-Zyklus?
Der Krebs-Zyklus (Citratzyklus) ist eine Reihe von acht enzymkatalysierten Reaktionen in der mitochondrialen Matrix, die Acetyl-CoA zu Kohlendioxid oxidieren und dabei die freigesetzte Energie als NADH, FADH2 und ein ATP (über GTP) pro Umlauf einfangen.
Wie viel ATP, NADH und FADH2 erzeugt ein Umlauf?
Jeder Umlauf des Zyklus erzeugt direkt 3 NADH, 1 FADH2 und 1 ATP (als GTP), zusammen mit 2 Molekülen CO2, die bei den beiden Decarboxylierungsschritten freigesetzt werden.
Warum braucht der Zyklus Sauerstoff, um weiterzulaufen?
Der Krebs-Zyklus selbst verbraucht keinen Sauerstoff direkt, ist aber auf eine stetige Versorgung mit NAD+ und FAD angewiesen. Diese Carrier werden nur regeneriert, wenn die Elektronentransportkette Elektronen an Sauerstoff weitergibt; ohne Sauerstoff wird der NAD+/FAD-Pool nicht wieder aufgefüllt und der Zyklus gerät ins Stocken.
Woher stammen die beiden CO2-Moleküle?
CO2 wird bei zwei Decarboxylierungsschritten freigesetzt: wenn Isocitrat durch die Isocitrat-Dehydrogenase zu Alpha-Ketoglutarat umgewandelt wird, und wenn Alpha-Ketoglutarat durch den Alpha-Ketoglutarat-Dehydrogenase-Komplex zu Succinyl-CoA umgewandelt wird.
Was geschieht am Ende des Zyklus mit Oxalacetat?
Oxalacetat wird regeneriert, wenn Malat im letzten Schritt oxidiert wird. Es kondensiert dann mit einem neuen Acetyl-CoA-Molekül zu Citrat, sodass sich der Zyklus beliebig oft wiederholen kann, solange Acetyl-CoA und oxidierte Carrier verfügbar sind.
Warum gilt der Krebs-Zyklus als Drehscheibe des Stoffwechsels?
Die Zwischenprodukte des Krebs-Zyklus werden mit dem Aminosäure-, Fettsäure- und Nukleotidstoffwechsel geteilt, sodass der Zyklus sowohl Energie aus Acetyl-CoA gewinnt als auch Vorstufenmoleküle für die Biosynthese liefert, was ihn zentral für den gesamten Zellstoffwechsel macht.
Über diese Simulation
Ein einzelnes leuchtendes Fluss-Paket jagt um acht benannte Zwischenprodukte seinem eigenen Schwanz hinterher, setzt an den beiden Decarboxylierungsschritten winzige "CO₂"-Beschriftungen frei und entleert still einen NAD+/FAD-Pool-Balken jedes Mal, wenn es ein Carrier-erzeugendes Enzym passiert — schalten Sie den Sauerstoffschalter aus und beobachten Sie, wie sich dieser Balken weigert, sich wieder aufzufüllen, das Paket auf ein Kriechtempo verlangsamt und der gesamte Zyklus genau wie ein Mitochondrium ins Stocken gerät, dem sein Elektronenakzeptor fehlt.
🔬 Was gezeigt wird
Acht Krebs-Zyklus-Zwischenprodukte, angeordnet in einem Ring mit einem sich bewegenden Fluss-Paket, das eine echte Stöchiometrie pro Schritt auslöst: 3 NADH, 1 FADH2 und 1 ATP pro vollem Umlauf, plus zwei CO2-Freisetzungsereignisse.
🎮 Bedienung
Stellen Sie Acetyl-CoA-Zufuhrrate und Zyklus-Animationsgeschwindigkeit ein, um zu ändern, wie schnell sich das Paket bewegt, stellen Sie die NAD+/FAD-Poolgröße ein, und schalten Sie Sauerstoff vorhanden aus, um zu sehen, wie sich der Pool entleert und der Zyklus stockt; P pausiert, R setzt zurück.
💡 Wussten Sie schon?
Der Krebs-Zyklus selbst verbraucht überhaupt keinen Sauerstoff — es ist ausschließlich der Bedarf der Elektronentransportkette an Sauerstoff als letztem Elektronenakzeptor, der den Citratzyklus indirekt zwingt, unter anaeroben Bedingungen anzuhalten.
Häufig gestellte Fragen
Was ist der Krebs-Zyklus?
Der Krebs-Zyklus (Citratzyklus) ist eine Reihe von acht enzymkatalysierten Reaktionen in der mitochondrialen Matrix, die Acetyl-CoA zu Kohlendioxid oxidieren und dabei die freigesetzte Energie als NADH, FADH2 und ein ATP (über GTP) pro Umlauf einfangen.
Wie viel ATP, NADH und FADH2 erzeugt ein Umlauf?
Jeder Umlauf des Zyklus erzeugt direkt 3 NADH, 1 FADH2 und 1 ATP (als GTP), zusammen mit 2 Molekülen CO2, die bei den beiden Decarboxylierungsschritten freigesetzt werden.
Warum braucht der Zyklus Sauerstoff, um weiterzulaufen?
Der Krebs-Zyklus selbst verbraucht keinen Sauerstoff direkt, ist aber auf eine stetige Versorgung mit NAD+ und FAD angewiesen. Diese Carrier werden nur regeneriert, wenn die Elektronentransportkette Elektronen an Sauerstoff weitergibt, sodass ohne Sauerstoff der NAD+/FAD-Pool nicht wieder aufgefüllt wird und der Zyklus stockt.
Woher stammen die beiden CO2-Moleküle?
CO2 wird bei zwei Decarboxylierungsschritten freigesetzt: wenn Isocitrat durch die Isocitrat-Dehydrogenase zu Alpha-Ketoglutarat umgewandelt wird, und wenn Alpha-Ketoglutarat durch den Alpha-Ketoglutarat-Dehydrogenase-Komplex zu Succinyl-CoA umgewandelt wird.
Was geschieht am Ende des Zyklus mit Oxalacetat?
Oxalacetat wird regeneriert, wenn Malat im letzten Schritt oxidiert wird. Es kondensiert dann mit einem neuen Acetyl-CoA-Molekül wieder zu Citrat, sodass sich der Zyklus beliebig oft wiederholen kann, solange Acetyl-CoA und oxidierte Carrier verfügbar sind.
Warum gilt der Krebs-Zyklus als Drehscheibe des Stoffwechsels?
Die Zwischenprodukte des Krebs-Zyklus werden mit dem Aminosäure-, Fettsäure- und Nukleotidstoffwechsel geteilt, sodass der Zyklus sowohl Energie aus Acetyl-CoA gewinnt als auch Vorstufenmoleküle für die Biosynthese liefert, was ihn zentral für den gesamten Zellstoffwechsel macht.
Animieren Sie die acht Zwischenprodukte des Citratzyklus, die Acetyl-CoA in CO2, NADH, FADH2 und ATP umwandeln; blockieren Sie Sauerstoff, um zu sehen, wie der Zyklus ohne funktionierende Elektronentransportkette ins Stocken gerät.
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