Biokimia 11 (Siklus Asam Sitrat)

Kuliah ke Sebelas

Fakutras Kesehatan Masyarakat Universitas Sumatera Utara

Pirurat Laktat atau etanol dan CO₂

Respirasi

Fisiologis Biokimia Pemasukkan O₂ dan Pengeluaran CO₂ dari paru Konsumsi O₂ dan Pembentukan CO₂ dalam sel

Piruvat Asam amino Asam lemak Asetil-KoA CO2 NH3 CO2 2H

Oksalo asetat Sitrat

Malat Fumarat Suksinat Suksinil-KoA Ketoglutarat Isositrat Cis-akonitat CO2 CO2 GTP 2H 2H 2H 2H NADH NADH dehidrogenase Ubikuinon Sitokrom b Sitokrom c1 Sitokrom c Sitokrom aa3 2H+ + 1/2 O2 H2O ADP + Pi ADP + Pi ADP + Pi ATP ATP ATP Tah ap 1 Tah ap 2 Tah ap 3

Siklus Asam Sitrat = Siklus Asam Trikarboksilat = Siklus Krebs

Lintas umum terakhir oksidasi gugus asetil, dari karbohidrat, asam lemak, dan asam amino selama katabolisme

Oksidari glukosa menjadi CO₂ dan H₂O membebaskan Energi >>> Glikolisis

Mekanismenya adalah :

Piruvat Asetil – KoA dan CO₂

Karbohidrat Asam lemak Asam amino Reakai Piruvat Asetil – KoA

Piruvat + NAD+ + KoA – SH Asetil – KoA + NADH + CO

Melibatkna 3 enzim yang berbeda, seperti • piruvat dehidrogenase ( E₁ ) • dihidrolipoil transasetilase ( E₂ ) • dihidrolipoil dehidrogenae ( E₃ ) Melibatkan 5 ko enzim, • TPP ( tiamin pirofosfat )

• FAD ( flavin adenin dinukleotida ) • KoA ( Ko enzim A )

• NAD+ _{( nikotin adenin dinukleotida )}

Empat Vitamin yang menyusun enzim (Ko enzim)

• Tiamin ( pada TPP )

• Riboflavin ( pada FAD )

• Asam pantotenat ( pada KoA )

• Nikotinamid ( NAD+ ₎

Tahap 1. CH3 C COO -O + H+ + TPPE₁ E₁ TPP CHOH CH3 + CO2 2. E₁ TPP CHOH CH₃ + E₂ S S E₁ E₁ TPP + S HS CH₃ C O E₂ 3. S HS O E₂ CH₃ C + KoA-SH E2 HS SH + KoA S C CH₃ O 4. E₂ HS SH + E₃ FAD E₂ S S + FADH2 FADH₂ E₃ E₃

5. + NAD+ E₃ FAD + NADH + H+

Jumlah : CH₃ C COO -O + KoA-SH + NAD+ CH₃ C O S KoA + CO2 + NADH

Gambar 27. Tahap-tahap dekarboksilasi piruvat Kunci :

E₁ = piruvat dehidrogenase TPP = tiamin pirofosfat

TPP-CHOH - CH₃ = -hidroksietiltiamin pirofosfat E₂ = dihidrolipoil transasetilase

Siklus Asam Sitrat merupakan bentuk lingkaran Sis-Akonitat Isositrat Fumarat Ketoglutarat Suksinat Penghambatan Malonat Malat Oksalo asetat Asam Sitrat Piruvat CO₂

Bagaimana munculnya pemikiran siklus asam sitrat ?

Sejarah Siklus Asam Sitrat.

_{1937 Hans Krebs}

Lintas Oksidasi Piruvat dalam jaringan hewan

Caranya adalah sebagai berikut:

Jaringan hewan yang dipakai adalah cacahan

otot dada burung merpati, yang diperlukan pada oksidasi piruvat sebagai asam organik.

Penelitian sebelumnya : Szent – Györgyi (Hongaria)

Menemukan asam organik dalam jaringan hewan

Suksinat Fumarat Malat Oksaloasetat

Krebs melengkapi hasil penemuan Szent-Györgyi

dengan oksidasi piruvat oleh otot dengan hasil asam trikarboksilat (C=6) seperti asam sitrat, sis akonitat,

asam isositrat, dan asam α-ketoglutarat (C=5). Adanya Malonat kompetitif inhibitor yang spesifik terhadap dehidrogenase suksinat, sehingga malonat

dapat dinyatakan sebagai penghambat terhadap penggunaan piruvat secara aerobik dalam otot.

Jadi suksinat dan suksinat dehidrogenase merupakan

komponen yang esensial dalam oksidasi piruvat. Kesimpulan Krebs bahwa siklus asam sitrat ini

sebagai lintas utama bagi oksidasi karbohidrat dalam otot, penemuan selanjutnya menyatakan bahwa fungsi siklus asam sitrat tidak hanya di otot, ttp dalam semua jarigan hewan dan tumbuhan tingkat tinggi.

COO -CH2 HO C COO -CH2 COO -Sitrat COO -CH2 C COO -CH COO -COO -CH₂ H C COO -HO C H COO -COO -CH2 CH2 C COO -sis-akonitat O Isositrat Ketoglutarat COO -CH2 CH2 COO -Ketoglutarat Suksinat Penghambatan Malonat COO -CH HC COO -Fumarat COO -CH2 COO -COO -C O CH2 COO -HO C H _L-Malat Oksaloasetat

Gambar 29. Asam dikarboksialt dan tri karboksilat yang berperan pada oksidari piruvat .

Diawali dari Asetil-KoA

CO₂ Atom H

(diikat dalam bentuk ko enzim tereduksi

NADH dan FADH₂) .

O C S KoA CH3 Asetil-KoA + O C COO -CH₂ COO -Oksaloasetat C COO -CH₂ COO -HO COO -CH2 Sitrat + H₂O - H₂O C COO -CH COO -COO -CH₂ sis-Akonitat

terikat oleh enzim

C COO -COO -COO -CH₂ - H₂O + H2O H C H HO Ako ni ta se F e 2+ Isositrat Isositrat dehidrogenase Mg2+ CO₂ NAD + NADP+ NADH NADPH CH₂ COO -COO -CH₂ C O Ketoglutarat

COO -CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 C O COO -Ketoglutarat KoA-SH NAD+ NADH CO2 Kompleks Ketoglu-tarat dehidrogenase Mg2+ COO -COO -COO - COO -COO -COO -COO -C O S KoA Suksinil-KoA GDP + Pi GTP KoA-SH Suksinil-KoA sintetase Mg2+ Suksinat E FAD E FADH₂ Suksinat dehidrogenase CH HC Fumarat + H₂O - H₂O Fumarase - _OOC - _{OOC C} OH H _NAD+ _{NADH + H}+ L-Malat dehidrogenase C O L-Malat Oksaloasetat

Sitrat dibentuk oleh kondensasi Asetil-KoA dengan Oksaloasetat, dikatalisis oleh Sitrat sintase

Asetil-S-KoA + Oksaloasetat + H₂O Sitrat + KoA – SH + H+

Sitrat sintase

Sitrat diubat menjadi isositrat melalui sis-akonitat, Yang berperan adalah enzim akonitase

Sitrat – H2O + H₂O [ Sis – Akonitat ] + H₂O – H₂O Isositrat Akonitase (mengandung Fe2+_{, S)}

Isositrat mengalami dehidrogenase menghasilkan α-ketoglutarat dan CO₂ oleh isositrat dehidrogenase

Isositrat + NAD+ _(NADP+) α-ketoglutarat + CO

2 +

NADH (NADPH) + H+

Isositrat dehidrogenase enzim penerima elektron

NAD+ _NADP+

(dalam mitokondria) (dalam mitokondria dan sitosol)

Memerlukan Mg2+ _{dan Mn}2+ _{tidak aktif tanpa ADP}

α-ketoglutarat dioksidasi menjadi suksinat dan CO₂ oleh kerja kompleks α-ketoglutarat dehidrogenase. α-ketoglutarat +NAD+ + KoA suksinil–KoA + CO

2 + NADH

Reaksi ini sama dengan piruvat dehidrogenase, mengandung 3 enzim, salah satunya adalah

timin pirofosfat yang terikat dengan enzim, Mg2+, Koenzim A, FAD, dan Asam lipoat.

Pengubahan suksinil – KoA menjadi suksinat

suksinil – KoA senyawa berenergi tinggi Suksinil–S–KoA + H₂O Suksinat + KoA–SH + H+

Suksinil–KoA sintetase

Reaksi ini menghasilkan suksinil bebas dan

menyebabkan pembentukan gugus fosfat terminal Berenergi tinggi (GTP GDP + P_i)

Reaksi ini disebut Fosforilasi tingkat substrat (karena reaksi dihasilkan dari dehidrogenasi molekul substrat) fosfat berenergi tinggi dari GTP diberikan pada ADP

Dehidrogenasi suksinat menjadi fumarat oleh flavo–protein suksinat dehidrogenase yang mengandung FAD

Suksinat + E–FAD fumarat + E–FADH₂ Reaksi di atas dihambat oleh Malonat,

penghambatan ini pegang peranan dalam penentuan jalur siklus asam sitrat.

Fumarat terhidrasi membentuk Malat Fumarat + H₂O L –Malat

fumarat hidratase

fumarat hidratase = fumarase

Malat mengalami dehidrogenasi membentuk oksaloasetat

L-malat + NAD+ _{Oksaloasetat + NADH + H}+ oksaloasetat dehidrogenase

Sebenarnya reaksi berjalan ke kiri, tetapi oksaloasetat yang terbentuk dengan cepat ditarik oleh sitrat sintase sehingga reaksi berjalan ke kanan

Piruvat menjadi asetatil–KoA merupakan proses yang diatur.

GLIKOLISIS

Dikontrol pada 2 tingkatan

enzim heksokinase enzim fosforilase glikogen

(fosforilasi glukosa gukosa-6-fosfat) (pembentukan glukosa-6-fosfat dari glikogen)

Laju siklus asam sitrat tergantung pada asetil-KoA

Ganbar 32. menunjukan bagaimana pembentukan asetil-KoA oleh kompleks dehidrogenase piruvat.

Piruvat dehidrogenase berfosfat (tidak aktif) Piruvat dehidrogenase tanpa fosfat (aktif) ATP ADP piruvat dehidrogenase kinase NADH H₂O P_i Ca2+ Mg2+ piruvat dehidrogenase fosfat fosfatase

Siklus asam sitrat juga diatur Piruvat Ca2+ CO₂ Asetil-KoA ATP NADH Asetil-KoA Sitrat Suksinil-KoA NADH Asil lemak-KoA KoA Oksaloasetat Konsentrasi oksaloasetat merupakan faktor yang paling kritis di dalam kecepatan pembentukan sitrat Malat Fumarat Suksinat Suksinil-KoA Ketoglutarat CO2 Isositrat CO2 ADP

Senyawa antara siklus asam sitrat sering digunakan pada tujuan metabolik lain dan ini dapat digantikan kembali

Siklus asam sitrat adalah lintas amfibolik (bukan katabolisme oksidatif karbohidrat, asam lemak,

dan asam amino, tetapi juga sebagai reaksi tahap pertama dalam lintas biosintetik)

Senyawa antara : - α-ketoglutarat - suksinat

- oksaloasetat

Sebagai pemula Asam amino

Akibat penarikan senyawa antara , maka laju siklus Asam sitrat menurun.

Senyawa antara tersebut dapat dikembalikan

Lagi dengan reaksi ANAPLEROTIK, yaitu

reaksi enzimatik piruvat oleh CO₂ membentuk

oksaloasetat melalui kerja piruvat karboksilase

Siklus Glioksilat

Reaksi total siklus glioksilat : 2 asetil-S-KoA + NAD+ _{+ H}

2O suksinat + 2 KoA-SH + NADH + H+

Asetil-KoA KoA-SH sitrat sintase Oksaloasetat Malat NAD+ H+ + NADH malat dehidrogenase Glioksilat Sitrat Isositrat akonitase Suksinat isositrat liase malat sinta_se Asetil-KoA + H₂O H+ + KoA-SH

LINTAS SEKUNDER GLUKOSA D-Glukosa 1-fosfat UTP PPi Mg2+ O CH2OH H H H OH OH H H OH O P O P O -O -O O Uridin O COO -H H H OH OH H H OH O P O P O -O -O O Uridin H2O + 2NAD+ 3H+ _{+ 2NADH} UDP-glukosa dehidrogenase O COO -H H H OH OH H O OH H Fenol UDP lintas detoksifikasi UDP-glukosa UDP-D-glukuronat H2O UDP lintas menuju L-askorbat HC O HCOH HCOH HCOH HOCH COO -NADPH NADP+ glukoronat reduktase D-Glukoronat COO -HOCH HCOH HOCH HOCH CH2OH L-Gulonat C HOCH HC HOCH HOCH CH2OH L-Gulonat H2O Aldonolaktonase O O _{L-Gulonolakton} C HOC HC HOC HOCH CH2OH O O 2H gulonolakton oksidase L-Asam askorbat Fenol glukosiduronida

(bentuk ekskresi genol)

Lintas sekunder glukosa (pada hewan)

D–Glukuronat L–asam askorbat Catatan : manusia, marmot, monyet, beberapa

jenis burung, kelelawar buah, dan beberapa jenis ikan tidak dapat

mensintesis L-askorbat, karena secara

genetik tidak terdapat enzim gulonolakton oksidase.