Alpha-Ketoglutarat (2-Oxoglutarat): der Weg im Körper · Biomarker & Urinanalyse

Alpha-Ketoglutarat (2-Oxoglutarat) ist Teil des Weges „Citratzyklus“. Diese Seite zeigt den ganzen Weg; die Station von Alpha-Ketoglutarat (2-Oxoglutarat) ist hervorgehoben.

Hier steht dieser Laborwert: Alpha-Ketoglutarat — 2-Oxoglutarat. Die Isocitrat-Dehydrogenase spaltet CO₂ ab und lädt NAD⁺ zu NADH. Alpha-Ketoglutarat ist zugleich Ausgangsstoff für die Aminosäure Glutamat. Zudem brauchen Enzyme, die Erbgut und Eiweiße umbauen, Alpha-Ketoglutarat. Quelle 1, 2

Kurz erklärt

Der Citratzyklus ist eine Kette von Enzymschritten im Mitochondrium, in der Zitrat, Alpha-Ketoglutarat, Succinat, Fumarat und Malat entstehen. Er baut Acetyl-CoA zu CO₂ ab und lädt dabei Elektronenträger für die Atmungskette. Seine Zwischenprodukte dienen zudem als Bausteine.

10 Stationen · 3 Quellen

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Der Weg Schritt für Schritt

An jeder Station steht, was der Stoff dort tut. Drei Zeichen: ↑ liefert — baut auf oder stellt bereit · ↓ zehrt — hemmt, verbraucht oder entzieht · ↕ beides, je nach Menge. Dahinter steht, worauf die Aussage beruht: gesicherte Physiologie, in Studien beobachtet oder umstritten. Die Zeichen bewerten nicht; sie benennen die Richtung.

Pyruvat → Acetyl-CoA PDH-Komplex · Vitamin B1 (TPP), Liponsäure Der Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex entfernt ein Kohlenstoffatom als CO₂ und überträgt den Rest auf Coenzym A. Er braucht Thiamin (Vitamin B1) und Liponsäure. Staut sich Acetyl-CoA, bremst es den Komplex selbst. Quelle 3↑ liefert Acetyl-CoA ist der Brennstoff des Zyklus: Sein Acetylrest wird mit Oxalacetat zu Zitrat verbunden und zu CO₂ abgebaut. Der PDH-Komplex braucht dafür B1, B2 (FAD), B3 (NAD⁺), B5 (in Coenzym A) und Liponsäure. gesicherte Physiologie Quelle 3, 1
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Staut sich Acetyl-CoA zusammen mit NADH, bremsen beide den PDH-Komplex direkt und über seine Kinasen; aus Pyruvat entsteht dann weniger Acetyl-CoA nach.

zu wenig — Ist wenig Thiamin, Liponsäure oder Coenzym A da, kommt der PDH-Komplex nicht nach; Pyruvat wird langsamer zu Acetyl-CoA, und dem Zyklus fehlt Brennstoff aus Zucker.

gesicherte Physiologie · Quelle 3
Acetyl-CoA → Zitrat Citrat-Synthase · Oxalacetat Die Citrat-Synthase verbindet Acetyl-CoA mit Oxalacetat zu Zitrat. Mit sechs Kohlenstoffatomen ist es die größte Station des Zyklus. Ein Teil verlässt das Mitochondrium und dient dem Aufbau von Fettsäuren. Quelle 1↑ liefert Zitrat geht im Zyklus weiter zu Isocitrat. Ein Teil verlässt das Mitochondrium; im Zellplasma spaltet die ATP-Citrat-Lyase es und liefert Acetyl-CoA für den Aufbau von Fettsäuren. gesicherte Physiologie Quelle 1
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Staut sich Zitrat, wird mehr davon ins Zellplasma ausgeschleust und dort zu Acetyl-CoA und Oxalacetat gespalten; mehr Kohlenstoff fließt so in den Aufbau von Fettsäuren.

zu wenig — Ist wenig Oxalacetat oder Acetyl-CoA da, bildet die Citrat-Synthase weniger Zitrat, und alle folgenden Schritte erhalten weniger Nachschub.

gesicherte Physiologie · Quelle 1
Zitrat → Isocitrat Aconitase · Eisen-Schwefel-Cluster Die Aconitase verschiebt eine OH-Gruppe im Molekül. Es entsteht Isocitrat, das sich im nächsten Schritt leichter umbauen lässt. Der folgende Schritt bestimmt mit, wie schnell der Zyklus läuft. Quelle 1↑ liefert Isocitrat ist das Substrat der Isocitrat-Dehydrogenase, eines der Schritte, die das Tempo des Zyklus mitbestimmen. Hier wird zum ersten Mal NAD⁺ zu NADH geladen, dessen Elektronen an die Atmungskette gehen. gesicherte Physiologie Quelle 1
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Bremsen viel NADH und ATP die Isocitrat-Dehydrogenase, staut sich Isocitrat; weil die Aconitase in beide Richtungen arbeitet, bleibt dann auch mehr Zitrat stehen.

zu wenig — Arbeitet die Aconitase langsamer, etwa weil ihr Eisen-Schwefel-Zentrum unvollständig ist, entsteht wenig Isocitrat, und Zitrat staut sich davor.

gesicherte Physiologie · Quelle 1
Isocitrat → Alpha-Ketoglutarat Isocitrat-DH · NAD⁺ Die Isocitrat-Dehydrogenase spaltet CO₂ ab und lädt NAD⁺ zu NADH. Alpha-Ketoglutarat ist zugleich Ausgangsstoff für die Aminosäure Glutamat. Zudem brauchen Enzyme, die Erbgut und Eiweiße umbauen, Alpha-Ketoglutarat. Quelle 1, 2↕ beides, je nach Menge Alpha-Ketoglutarat ist eine Kreuzung: Aus Glutamin nachgeliefert, füllt es den Zyklus auf; als Glutamat abgezweigt, entzieht es ihm Kohlenstoff. Zudem brauchen Enzyme, die Erbgut und Eiweiße umbauen, es als Cosubstrat. gesicherte Physiologie Quelle 1, 2
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Ist viel Alpha-Ketoglutarat da, arbeiten die davon abhängigen Dioxygenasen leichter, die Methylgruppen von Erbgut und Histonen entfernen; das ist vor allem in Zellkultur beschrieben.

zu wenig — Ist wenig Alpha-Ketoglutarat da, verlangsamen sich die folgenden Zyklusschritte und diese Dioxygenasen; die Zelle kann es aus Glutamin über Glutamat nachliefern.

in Studien beobachtet · Quelle 2, 1
Alpha-Ketoglutarat → Succinyl-CoA α-KG-Dehydrogenase · Vitamin B1 (TPP), NAD⁺ Ein zweiter Enzymkomplex spaltet erneut CO₂ ab; auch er arbeitet mit Thiamin. Succinyl-CoA ist außerdem Baustein für den roten Blutfarbstoff. Ist wenig Thiamin da, entsteht weniger Succinyl-CoA. Quelle 1↑ liefert Succinyl-CoA liefert die Energie für den nächsten Schritt und ist Ausgangsstoff für Häm, den Kern des roten Blutfarbstoffs. Die α-Ketoglutarat-Dehydrogenase braucht dafür Thiamin, Liponsäure, FAD, NAD⁺ und Coenzym A. gesicherte Physiologie Quelle 1, 3
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Staut sich Succinyl-CoA zusammen mit NADH, bremsen beide die α-Ketoglutarat-Dehydrogenase; Alpha-Ketoglutarat staut sich dann vor diesem Schritt.

zu wenig — Ist wenig Thiamin da, kommt die α-Ketoglutarat-Dehydrogenase nicht nach; es entsteht weniger Succinyl-CoA für den Zyklus und für den Aufbau von Häm.

gesicherte Physiologie · Quelle 1, 3
Succinyl-CoA → Succinat Succinat-Thiokinase · GDP Beim Lösen der Bindung zu Coenzym A wird Energie frei; die Zelle speichert sie zunächst als GTP. Übrig bleibt Succinat. Außerhalb des Zyklus wirkt Succinat auch als Signalstoff. Quelle 1↕ beides, je nach Menge Succinat geht im Zyklus weiter und gibt dabei Elektronen direkt an die Atmungskette. Außerhalb des Mitochondriums wirkt es als Signalstoff: Es bremst Enzyme, die den Hypoxie-Faktor HIF abbauen, und bindet an einen eigenen Rezeptor. in Studien beobachtet Quelle 2, 1
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Staut sich Succinat, hemmt es die Prolylhydroxylasen, und HIF wird auch bei genug Sauerstoff nicht abgebaut. Wird gestautes Succinat rasch umgesetzt, entstehen im Tiermodell an Komplex I reaktive Sauerstoffverbindungen.

zu wenig — Ist wenig Succinat da, erhält die Succinat-Dehydrogenase weniger Substrat, und über diesen Weg gehen weniger Elektronen an die Atmungskette.

in Studien beobachtet · Quelle 2
Succinat → Fumarat Succinat-DH · FAD Die Succinat-Dehydrogenase sitzt zugleich in der Atmungskette. Sie entnimmt zwei Wasserstoffatome und überträgt sie auf FAD. Von hier gehen Elektronen direkt an die Atmungskette. Quelle 1↕ beides, je nach Menge Fumarat entsteht, wenn die Succinat-Dehydrogenase Elektronen über FAD an die Atmungskette weitergibt. In höherer Menge bindet Fumarat an Schwefelgruppen von Eiweißen und verändert sie; das ist vor allem in Zellmodellen beschrieben. in Studien beobachtet Quelle 2, 1
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Staut sich Fumarat, hemmt es wie Succinat die Alpha-Ketoglutarat-abhängigen Dioxygenasen und verändert Cysteine in Eiweißen; das ist vor allem in Zellkultur gezeigt.

zu wenig — Arbeitet die Succinat-Dehydrogenase langsamer, etwa wenn wenig FAD da ist, entsteht weniger Fumarat, und Succinat staut sich vor diesem Schritt.

in Studien beobachtet · Quelle 2, 1
Fumarat → Malat Fumarase · Wasser Die Fumarase lagert ein Wassermolekül an die Doppelbindung an. So entsteht Malat. Malat trägt außerdem Wasserstoff zwischen Zellplasma und Mitochondrium hin und her. Quelle 1↑ liefert Malat wird zu Oxalacetat weiterverarbeitet. Über den Malat-Aspartat-Shuttle trägt es außerdem Wasserstoff aus dem Zellplasma ins Mitochondrium, wo er an die Atmungskette geht. gesicherte Physiologie Quelle 1
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Staut sich Malat, liegt das Gleichgewicht der Malat-Dehydrogenase weit auf seiner Seite; es fließt erst ab, wenn Oxalacetat rasch weiterverbraucht wird.

zu wenig — Ist wenig Malat da, entsteht auch wenig Oxalacetat, und der Zyklus kann weniger Acetyl-CoA aufnehmen.

gesicherte Physiologie · Quelle 1
Malat → Oxalacetat Malat-DH · NAD⁺ Die Malat-Dehydrogenase lädt noch einmal NAD⁺ zu NADH. Das entstandene Oxalacetat nimmt das nächste Acetyl-CoA auf – der Kreis beginnt von vorn. Ist wenig Oxalacetat da, findet Acetyl-CoA keinen Partner. Quelle 1↑ liefert Oxalacetat nimmt jedes neue Acetyl-CoA auf und hält den Zyklus in Gang. Zweigt die Zelle es ab, etwa zu Aspartat oder Glucose, muss sie es auffüllen, zum Beispiel aus Pyruvat über die Pyruvat-Carboxylase. gesicherte Physiologie Quelle 1
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Ist reichlich Oxalacetat da, wird mehr davon zu Aspartat oder in die Glucose-Neubildung abgezweigt; den Durchsatz des Zyklus begrenzt dann das Angebot an Acetyl-CoA.

zu wenig — Ist wenig Oxalacetat da, findet Acetyl-CoA keinen Partner; es staut sich, und der Zyklus läuft langsamer, bis Nachschub aus Pyruvat oder Aminosäuren kommt.

gesicherte Physiologie · Quelle 1

Weitere Stationen

Pyruvat — aus dem Zuckerabbau Beim Abbau von Zucker entsteht im Zellplasma Pyruvat. Es wird in das Mitochondrium geschleust, den Ort des Citratzyklus. Im Mitochondrium wird es zum wichtigsten Lieferanten von Acetyl-CoA aus Zucker. Quelle 3↑ liefert Pyruvat ist der Hauptlieferant für Acetyl-CoA aus Zucker: Im Mitochondrium setzt der PDH-Komplex es um, und sein Kohlenstoff speist den Citratzyklus. gesicherte Physiologie Quelle 3
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Kommt viel Pyruvat an, hemmt es die Kinasen, die den PDH-Komplex abschalten; der Komplex bleibt aktiv und setzt mehr Pyruvat zu Acetyl-CoA um.

zu wenig — Kommt wenig Pyruvat an, entsteht aus Zucker weniger Acetyl-CoA; der Zyklus bezieht sein Acetyl-CoA dann stärker aus dem Abbau von Fettsäuren.

gesicherte Physiologie · Quelle 3, 1

Cofaktoren dieses Weges

Vitamin B1 (Thiamin) — Als Thiaminpyrophosphat Cofaktor des PDH-Komplexes und der α-Ketoglutarat-Dehydrogenase; ohne TPP staut sich Pyruvat Quelle 3, 1
NAD⁺ — Nimmt an drei Schritten des Zyklus Elektronen auf und wird dabei zu NADH; NADH trägt sie zur Atmungskette Quelle 1Im ORY-Katalog als Laborwert: NAD⁺ (Nicotinamidadenindinukleotid)
Vitamin B2 (FAD) — Als FAD Elektronenträger der Succinat-Dehydrogenase und der Dehydrogenase-Komplexe; FADH₂ gibt sie an die Atmungskette Quelle 1, 3
Coenzym A — Trägt die Acetyl- und Succinyl-Reste zwischen den Enzymen des Zyklus; ohne ihn tritt kein Acetylrest in den Zyklus ein Quelle 1, 3
Liponsäure — Cofaktor im PDH-Komplex und in der α-Ketoglutarat-Dehydrogenase; ist wenig da, kommen beide Komplexe nicht nach Quelle 3
Eisen — Teil der Eisen-Schwefel-Zentren von Aconitase und Succinat-Dehydrogenase; ohne sie stockt der Umbau von Zitrat Quelle 1Im ORY-Katalog als Laborwert: Eisen
Magnesium — Bindet Thiaminpyrophosphat im aktiven Zentrum des PDH-Komplexes; so kann der Komplex Pyruvat umsetzen Quelle 3Im ORY-Katalog als Laborwert: Magnesium

Quellen

Arnold PK, Finley LWS. Regulation and function of the mammalian tricarboxylic acid cycle. J Biol Chem 2023 · PubMed 36581208
Martínez-Reyes I, Chandel NS. Mitochondrial TCA cycle metabolites control physiology and disease. Nat Commun 2020 · PubMed 31900386
Patel MS, Nemeria NS, Furey W et al. The pyruvate dehydrogenase complexes: structure-based function and regulation. J Biol Chem 2014 · PubMed 24798336

Ganzer Weg: Citratzyklus