Der Citratzyklus ist ein zentraler Kreislauf biochemischer Reaktionen im aeroben Zellstoffwechsel, der dem oxidativen Abbau organischer Stoffe (Fette, Zucker und Aminosäuren) zum Zweck der Energiegewinnung dient.
Die Glucose (Traubenzucker) wird in der Glykolyse über Pyruvat zu Acetyl-Coenzym A (Acetyl-CoA) abgebaut. Die Endprodukte des Citratzyklus werden danach in der Atmungskette zu Energie in Form von ATP umgewandelt.
Die Umwandlung von Pyruvat in Acetyl-CoA verknüpft die Glykolyse mit dem Citratzyklus. Der Zyklus umfasst 8 Schritte, jeder durch ein spezifisches Enzym katalysiert. Pro Durchgang treten zwei C-Atome als Acetyl-Gruppe in den Zyklus ein, zwei andere Kohlenstoff-Atome verlassen ihn, vollständig oxidiert in Form von Kohlenstoffdioxid-Molekülen.
Das Acetyl-Coenzym A überträgt seinen Acetyl-Rest auf Oxalacetat, wodurch das Namen gebende Citrat entsteht.
Reduktionsäquivalente Nicotinamidadenindinukleotid (NAD+) und Flavinadenindinukleotid (FAD+) durch Wasserstoff- und Elektronenübertragung wird reduziert (Reduktion heißt hier Elektronenaufnahme). Das wird kenntlich gemacht durch das Anhängen eines ’H’ an NAD bzw. FAD (ebenso verwendet bei NADP). Zwei Elektronen werden übertragen (NADH+H+ bzw. FADH+H+). Elektronen und der Wasserstoff sind leicht wieder abzulösen (Energiefreisetzung) und werden später in der Atmungskette gebraucht.
Das Pyruvat wird zunächst in die Mitochondrien transportiert. Dort wird es decarboxyliert, d. h. CO2 wird abgespalten, dass sich später in der ’Atemluft’ wiederfindet. Elektronen werden auf NAD übertragen. Der Stoffrest ’Acetyl’ (eigentlich Acetylgruppe, bzw. Essigsäurerest) ist instabil und muss an ein Hilfsenzym, das Coenzym A wie an eine Krücke gebunden bleiben, damit es nicht vorzeitig zerfällt. Es entsteht das sogenannte Acetyl-CoA, die Hauptsubstrat des Citratzyklus.
Im Citratzyklus wird Acetyl-CoA an Oxalacetat (C4-Körper) gebunden, Citrat entsteht (C6-Körper). Das CoA wandert zurück, um an die nächste Acetylgruppe aus der oxidativen Decarboxylierung zu koppeln. Citrat wird unter Umlagerung von Wasser zu Isocitrat (Enzym: Aconitase) umgewandelt, anschließend zu Alpha-Ketoglutarat, auch 2-Oxoglutarat genannt (Enzym: Isocitratdehydrogenase). Dabei wird wiederum CO2 frei (2-Oxoglutarat ist ein C5-Körper), auch hier wird NAD wird zu NADH reduziert. Durch eine erneute Decarboxylierung (es wird wieder CO2 abgespalten und es entsteht ein C4-Körper) und Elektronenübertragung auf NAD entsteht Succinyl-CoA (Enzym: Alpha-Ketoglutarat-Dehydrogenase). Auch hier ist das entstandene Substrat alleine nicht lebensfähig und muss an das Coenzym A gebunden bleiben. Durch die Succinyl-CoA-Synthetase entsteht Succinat, dabei entsteht Guanosintriphosphat (GTP), analog zu ATP. Als nächster Schritt wird Succinat durch die Succinat-Dehydrogenase zu Fumarat umgebaut, dabei wird FAD zu FADH reduziert. Aus Fumarat entsteht dann Malat (Enzym: Fumarase), aus diesem durch die Malat-Dehydrogenase letztlich der Ausgangsstoff Oxalacetat. Dabei wird wiederum NAD zu NADH reduziert.
