Citrat-Malat-Shuttle

Schema des Mechanismus des Citrat-Shuttles. A: Citratcarrier (Tricarboxylatcarrier), B: Pyruvat/H⁺-Symporter

Das Citrat-Shuttle (auch Citrat-Malat-Shuttle) ist ein Transportmechanismus für Essigsäure über die innere Mitochondrienmembran. Dabei wird ein Acetylrest auf Oxalacetat übertragen und das resultierende Citrat stellt die eigentliche Transportform dar. Das Citrat-Shuttle spielt eine wichtige Rolle bei anabolen Stoffwechselvorgängen wie etwa der Fettsäuresynthese.

Mechanismus

Acetyl-CoA („aktivierte Essigsäure“) ist die übliche Form, in der Essigsäure im Körper vorliegt. Es wird für zahlreiche biochemische Prozesse im Cytosol, z. B. bei der Fettsäuresynthese), benötigt, entsteht jedoch – z. B. im Zuge der β-Oxidation oder als Endprodukt der Glykolyse – vorwiegend in der Matrix des Mitochondriums. Die innere Mitochondrienmembran ist jedoch undurchlässig für Acetyl-CoA, so dass es nicht durch die Membran diffundieren kann. Außerdem kann Acetat – im Gegensatz zu langkettigen Fettsäuren – nicht mittels Carnitin transportiert werden. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit eines eigenen Transportmechanismus für Acetat.

Zuerst werden Oxalacetat und Acetyl-CoA durch das Enzym Citrat-Synthase zu Citrat kondensiert. Das gebildete Citrat wird durch einen Antiporter, den Tricarboxylat-Carrier (A, vergleiche Abbildung), aus der Matrix des Mitochondriums transportiert, dabei gelangt pro Molekül Citrat ein Molekül Malat in die Matrix. Auf der cytosolischen Seite spaltet das Enzym ATP-Citrat-Lyase Citrat unter ATP-Verbrauch wieder in Oxalacetat und Acetyl-CoA. Das Oxalacetat wird anschließend durch das Enzym Malat-Dehydrogenase und NADH zu Malat reduziert. Das gebildete Malat kann nun direkt durch den Antiporter wieder in das Mitochondrium gelangen, wo es zu Oxalacetat oxidiert wird und sich der Kreis schließt. Alternativ wird das Malat zu Pyruvat decarboxyliert, über einen Pyruvat/H⁺-Symporter (B) in die Matrix transportiert und dort – unter Verbrauch eines Moleküls ATP – wieder zu Oxalacetat carboxyliert. Dadurch schließt sich der Kreislauf ebenfalls.

Beim ersten Weg (direkter Transport des Malats) wird für den Transport eines Acetat-Moleküls ein Molekül ATP verbraucht, beim zweiten Weg (Rücktransport über Pyruvat) sind es zwei ATP und zusätzlich wird ein Molekül NADP in ein Molekül NADPH umgewandelt.

Literatur

• Werner Müller-Esterl et al.: Biochemie, eine Einführung für Mediziner und Naturwissenschaftler. Spektrum Akademischer Verlag, 2004, ISBN 3827405343