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Montag 13 Mai 2019

B-Vitamine: entscheidend für den Citratzyklus

Im Rahmen unseres Themas Origins of Energy möchten wir Ihnen heute wieder über die Energieerzeugung im menschlichen Körper berichten. Eine Schlüsselrolle dabei spielen verschiedene B-Vitamine: Ohne B-Vitamine wäre der Citratzyklus überhaupt nicht möglich. Ein Überblick über die wichtigsten Funktionen.

 

Bevor wir die verschiedenen B-Vitamine im Detail betrachten, kann es sicher nicht schaden, zunächst unser Wissen über die aerobe Energieproduktion der Zelle ein wenig aufzufrischen. Um das möglichst überschaubar zu halten, soll es hier nur um die Umwandlung von Glucose in ATP gehen und wir lassen zum Beispiel die Beta-Oxidation von Fettsäuren außer Acht. Wenn Sie sich mit diesem Thema bereits bestens auskennen, können Sie die folgende Einführung getrost überspringen und bei „Die B-Vitamine im Citratzyklus“ weiterlesen.

 

Energieerzeugung kurz zusammengefasst 

Die aerobe Verbrennung beginnt eigentlich schon mit der anaeroben Glycolyse. Bei der Glycolyse wird Glucose in zwei Pyruvatmoleküle umgewandelt. Dabei werden zwei ATP-Moleküle freigesetzt. Dies ist der Punkt, an dem die anaerobe Verbrennung endet, aber aus Pyruvat kann auf indirektem Weg noch viel mehr ATP erzeugt werden. Dies geschieht in den Mitochondrien. Dort wird Pyruvat in Acetyl-CoA umgewandelt, dem Einstiegsprodukt des Citratzyklus.


Auch im Citratzyklus werden erneut zwei ATP-Moleküle erzeugt, aber in Wirklichkeit bilden die Moleküle NADH und FADH2 die Hauptausgangsprodukte für den Energiestoffwechsel. Diese enthalten die für die Elektronentransportketten und Chemiosmose benötigten Elektronen (e-) und Protonen (H+). Innerhalb der Elektronentransportkette wird die elektrische Energie energiereicher Elektronen schrittweise in die chemische Energie eines Protonengradienten umgewandelt. Dieser Gradient treibt ATP-Synthase an, einen Enzymkomplex, der ADP und Pi (anorganisches Phosphat) in ATP umwandelt. Letzterer Prozess wird als oxidative Phosphorylierung bezeichnet, da der letzte Elektronenempfänger innerhalb dieses Prozesses ein Sauerstoffmolekül ist. Bei diesem Prozess werden etwa 32 ATP-Moleküle freigesetzt.


Während des gesamten Prozesses, von der Glycolyse bis zur oxidativen Phosphorylierung, werden insgesamt etwa 36 ATP freigesetzt. Mithilfe der Mitochondrien können wir also 18-mal so viel ATP produzieren wie mit der Glycolyse allein.

 

Die B-Vitamine im Citratzyklus 

Wie bereits erwähnt, spielt der Citratzyklus eine Schlüsselrolle bei der Energieerzeugung. Aber warum sind B-Vitamine dafür so entscheidend wichtig? Nachfolgend sind die verschiedenen B-Vitamine aufgeführt, die für die Energieerzeugung wichtig sind, einschließlich ihrer Hauptfunktionen im Citratzyklus.

 

Vitamin B1 

Ein wichtiger Schritt im Energiemanagement ist die Umwandlung des aus der Glycolyse stammenden Pyruvats in Acetyl-CoA, dem Einstiegsprodukt für den Citratzyklus. Dieser Schritt koppelt somit die Glycolyse im Cytosol an den Citratzyklus im Mitochondrium. Ein für diese Umwandlung wichtiges Enzym ist Pyruvatdehydrogenase, die Teil eines größeren Enzymkomplexes ist, der diese Funktion erfüllt. Vitamin B1, oder Thiamin, ist ein Coenzym für dieses Enzym. Vitamin B1 erfüllt daher eine Schlüsselfunktion beim Übergang von der anaeroben zur aeroben Verbrennung.

 

Vitamin B2 

Vitamin B2, oder Riboflavin, ist das Substrat, aus dem FAD (Flavin-Adenin-Dinucleotid) gebildet wird, ein sogenanntes Flavoenzym. Wie NAD+ ist auch FAD in der Lage, Protonen und Elektronen aufzunehmen, die bei der Glycolyse und im Citratzyklus freigesetzt werden. Diese Elektronen und Protonen werden dann an die Elektronentransportkette abgegeben, die die ATP-Synthese antreibt und so ATP aus ADP und anorganischem Phosphat bildet. Außerdem ist Vitamin B2 wichtig für ein Flavoenzym der Elektronentransportkette: Flavin-Mononucleotid (FMN). Es befindet sich im Komplex I, wo es Elektronen sammelt und überträgt.

 

Vitamin B3 

Die wichtige Substanz NAD+ wird aus Vitamin B3 oder Niacin gebildet. NAD+ nimmt Protonen (H) und Elektronen (-) auf und verwandelt sich dadurch in NADH. NADH liefert die Protonen und Elektronen, die dann innerhalb der Elektronentransportkette verwendet werden können.

 

Vitamin B5 

Wie Vitamin B1 ist auch Vitamin B5, Pantothensäure, als Coenzym von Pyruvatdehydrogenase wichtig. Außerdem ist es essenziell für die Bildung von Coenzym A (CoA). In Form von Acetyl-CoA stellt dieses das Einstiegsprodukt für den Citratzyklus dar. Weiterhin spielt Vitamin B5 auch eine Rolle bei der Fettsäureoxidation, einem Prozess, bei dem Energie freigesetzt wird.

 

Vitamin B8 (Biotin) 

Als Coenzym ist Biotin für die Funktion von fünf Carboxylasen (Enzyme, die Carboxylgruppen übertragen) unverzichtbar: Pyruvat-Carboxylase, Beta-Methylcrotonyl-CoA-Carboxylase, Proprionyl-CoA-Carboxylase und Acetyl-CoA-Carboxylase Typ-1 und -2. Die mitochondrialen Carboxylasen spielen eine wichtige Rolle bei der Fettsäuresynthese, bei der Gluconeogenese, beim Aminosäurekatabolismus und bei der Freisetzung von Energie aus der Nahrung (Citratzyklus).

 

Vitamine B6 und B12

Obwohl die Vitamine B6 und B12 nicht direkt am Citratzyklus beteiligt sind, erfüllen sie dennoch verschiedene Funktionen im Energiehaushalt. So sind sie an der Bildung von Hämoglobin beteiligt, dem Protein, das den Sauerstoff durch den Körper transportiert. Außerdem ist Vitamin B6 für die Cytochrome in der Elektronentransportkette und für eine gute Funktion von Coenzym Q10 wichtig.

 

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