Das Enzym Citratsynthase katalysiert den ersten Schritt in einem zellulären Stoffwechselprozess, der als Zitronensäurezyklus bezeichnet wird. Dieser Prozess findet in den meisten Tier-, Pflanzen- und Bakterienzellen statt und produziert zelluläre Energie für das Leben in Form eines Moleküls namens ATP. Im ersten Schritt dieser Kettenreaktion wird aus den Produkten des Zuckerstoffwechsels eine Substanz namens Citrat hergestellt, die dann zu Energie weiterverarbeitet wird. Wie viele Enzyme muss die Citrat-Synthase zunächst an ein bestimmtes Molekül, sein Substrat, binden, bevor sie chemisch aktiv wird.
Citratsynthase wird in fast jedem Zelltyp produziert. Es ist der Katalysator, der den ersten Schritt der grundlegenden Stoffwechselreaktion einleitet, die als Zitronensäure-Zyklus oder Krebs-Zyklus bekannt ist und in allen Organismen auftritt, die Sauerstoff für den Stoffwechsel benötigen. Der Zitronensäurezyklus produziert ATP, ein Molekül, das verwendet wird, um die grundlegenden Prozesse lebender Zellen wie Atmung und Fortpflanzung anzutreiben. Citrat-Synthase ist das erste Enzym in der langen Kette von Katalysatoren für den Krebs-Zyklus, und die produzierte Menge reguliert die Geschwindigkeit, mit der der gesamte Zyklus ablaufen kann.
Wie alle Enzyme besitzt die Citratsynthase eine spezifische Proteinstruktur, die es ihr ermöglicht, Reaktionen zu katalysieren. Es existiert im Körper in zwei getrennten Zuständen, basierend auf seiner Konformation oder Form: einer aktiven und einer inaktiven Sorte. Während der Glykolyse wird der aus der Nahrung stammende Zucker Glukose in verschiedene Chemikalien umgewandelt, darunter zwei Acetatmoleküle, die den Krebszyklus in Gang setzen. Wenn sie von einem Oxalacetat-Molekül gebunden wird, ändert die Citrat-Synthase ihre Konformation und öffnet eine Region auf ihrer Oberfläche, an die das Acetyl-CoA bindet.
Der Mechanismus der Citrat-Synthase erfordert eine Aktivierung, die auftritt, wenn sie an eine Verbindung bindet, die ihr Substrat genannt wird, in diesem Fall Oxalacetat, in einem Prozess, der als induzierter Fit bezeichnet wird. Die inaktive Konformation der Citratsynthase wird als offene Form bezeichnet. Wie andere Proteine besteht dieses Enzym aus vielen Molekülen von Aminosäuren. Wenn es an Oxalacetat bindet, ändert sich die Form, da bestimmte Aminosäuren miteinander verbunden sind, sich schließen und eine Art Kreis um das Substrat herum bilden. Diese geschlossene Form ist die Aktivierungsform, die das Fortschreiten des Zitronensäurezyklus ermöglicht.
Nachdem das Enzym an Acetyl-CoA gebunden hat, bindet es einen Teil der Acetylmoleküle an Oxalacetat und entfernt gleichzeitig den CoA-Abschnitt chemisch. Der übertragene Teil, ein Acetatmolekül mit zwei Kohlenstoffatomen, wird dann an Oxalacetat gebunden, wodurch eine neue Verbindung mit sechs Kohlenstoffatomen namens Citrat synthetisiert wird. Durch diese Reaktion können die Kohlenstoffatome der Verbindungen in einem leicht transportierbaren Molekül im Zitronensäurezyklus weiter nach unten bewegt werden, wo sie an einer Reihe von Stoffwechselumwandlungen teilnehmen, durch die die Zelle mehr ATP erzeugt.