Metabolisme 5 (Siklus Asam Sitrat)

Siklus asam sitrat

Siklus asam sitrat (Siklus krebs, siklus asam trikarboksilat) adalah serangkaian reaksi di mitokondria yang mengoksidasi gugus asetil pada asetil-KoA dan mereduksi enzim yang tereoksidasi melalui rantai transpor elektron yang berhubungan dengan pembentukan ATP.

Siklus asam sitrat adalah karena jalur utama bersama terakhir untuk oksidasi karbohidrat, lipid dan protein karena glukosa, asam lemak, dan sebagian besar asam amino dimetabolisme menjadi asetil-KoA atau zat-zat antara siklus ini.

Siklus ini diawali dengan reaksi antara gugus asetil pada asetil-KoA dan asam dikarboksilat 4 karbon Oksaloasetat yang membentuk asam trikarboksilat 6 karbon, yaitu sitrat. Pada reaksi-reaksi berikutnya terjadi pembebasan dua molekul CO2 dan pembentukan ulang oksaloasetat, oksaloasetat hanya dibutuhkan dalam jumlah kecil untuk mengoksidasi asetil-KoA yang jumlahnya besar, senyawa ini dapat dianggap memiliki peran katalitik karena kembali pada akhir siklus. Selama oksidasi asetil-KoA, koenzim-koenzim mengalami reduksi dan kemudian direoksidasi di rantai respiratorik yang dikaitkan dengan pembentukan ATP (fosforilasi oksidatif)(gambar 16.2). Proses ini bersifat aerob. Enzim-enzim pada siklus asam sitrat terletak di matriks mitokondria.

Penjelasan Siklus asam sitrat : Reaksi awal antara asetil-KoA dan oksaloasetat untuk membentuk sitrat dikatalis oleh sitrat sintase yang membentuk ikatan karbon-ke-karbon antara karbon metil pada asetik-Koa dan karbon karbonil pada (gambar 16.3). Ikatan tioester pada sitril-KoA yang terbentuk akan mengalami hidrolisis dan membebaskan sitrat dan KoASH-suatu reaksi eksotermik.

Sitrat mengalami isomerisasi menjadi isositrat oleh enzim akonitase (akonitat hidratase); reaksi ini terbagi dalam 2 tahap: dehidrasi menjadi cis-akonitat dan rehidrasi menjadi isositrat. Meskipun sitrat adalah molekul simetris, akonitase bereaksi dengan sitrat secara asimetris sehingga 2 atom karbon yang lenyap dalam reaksi-reaksi berikutnya pada siklus bukanlah atom karbon yang ditambahkan dari asetil-KoA. Perilaku asimetris ini terjadi karena channelling (pemindahan produk sitrat sintase secara langsung ke bagian aktif akonitase, tanpa memasuki larutan bebas). Hal ini menghasilkan integrasi aktivitas siklus asam sitrat dan penyediaan sitrat di sitosol sebagai sumber asetil-KoA untuk sintesis asam lemak. Sitrat hanya tersedia dalam larutan bebas untuk diangkut dari mitokondria ke sitosol guna sintesis asam lemak saat akonitase dihambat oleh penumpukan produknya, yaitu isositrat.

Isositrat mengalami dehidrogenasi yang dikatalis oleh isositrat dehidrogenase untuk membentuk oksalosuksinat, pada awalnya, yang tetap terikat pada enzim dan mengalami dekarboksilasi menjadi α-ketoglutarat. Dekarboksilasi ini perlu ion Mg2+ dan Mn2+. terdapat tiga isoenzim isositrat dehidrogenase. Salah satunya yang menggunakan NAD+, hanya terdapat di mitokondria. Dua lainnya menggunakan menggunakan NADP+ dan ditemukan di mitokondria dan sitosol. Oksidasi isositrat terkait-rantai respiratorik berkangsung melalui enzim yang dependen-NAD+.

α-Ketoglutarat mengalami dekarboksilasi oksidatif dalam suatu reaksi yang dikatalis oleh suatu kompleks multi-enzim. Kompleks α-ketoglutarat dehidrogenase memerlukan kofaktor yang sama dengan kofaktor yang diperlukan kompleks piruvat dehidrogenase- tiamin difosfat, lipoat, NAD+, FAD, dan KoA serta menyebabkan terbentuknya suksinil KoA. Kesetimbangan reaksi ini jauh lebih menguntungkan pembentukan suksinil-KoA sehingga secara fisiologis reaksi ini harus dianggap berjalan satu arah.

Suksinil Ko-A diubah menjadi suksinat oleh enzim suksinat tiokinase (suksinil-KoA sintetase). Reaksi ini adalah satu-satunya contoh fosforilasi tingkat subtrat di siklus asam sitrat. Jaringan tempat terjadinya glukoneogenesis (hati dan ginjal) mengandung 2 isoenzim suksinat tiokinase, satu spesifik untuk GDP dan yang lain untuk ADP. GTP yang terbentuk digunakan untuk dekarboksilasi oksaloasetat menjadi fosfoenolpiruvat dalam glukoneogenesis, dan menghasilkan hubungan regulatorik antara aktivitas asam sitrat dan penghentian oksaloasetat untuk glukoneogenesis. Jaringan non-glukoneogenetik hanya memiliki isoenzim yang menggunakan ADP.

Jika metabolisme badan keton terjadi di jaringan ekstrahepatik, terdapat suatu reaksi alternatif yang dikatalisis oleh suksinil-KoA-asetoasetat-KoA transferase (tioferase) yang melibatkan pemindahan KoA dari suksinil-KoA ke asetoasetat dan membentuk asetoasetil-KoA dan suksinat.

Metabolisme maju suksinat yang menyebabkan terbentuknya kembali oksaloasetat, memiliki rangkaian pada reaksi kimia yang sama seperti yang terjadi pada oksidasi-β asam lemak: dehidrogenasi untuk membentuk ikatan rangkap karbon-ke-karbon, penambahan air untuk membentuk gugus hidroksil, dan dehidrogenasi lebih lanjut untuk menghasilkan gugus okso pada oksaloasetat.

 Reaksi dehidrogenasi pertama yang membentuk fumarat dikatalis oleh suksinat dehidrogenase yang terikat pada permukaan dalam membran mitokondria. Enzim ini mengandung FAD dan protein besi-sulfur (FeS), dan secara langsung mereduksi ubikuinon dalam rantai transpor elektron. Fumarase (fumarat hidratase) mengatalis penambahan air pada ikatan rangkap fumarat sehingga menghasilkan malat. Malat diubah menjadi oksaloasetat oileh malat dehidrogenase, suatu reaksi yang memerlukan NAD+. Meskipun keseimbangan reaksi ini jauh menguntungkan malat, namun aliran netto reaksi tersebut adalah ke oksaloasetat karena oksaloasetat terus dikeluarkan (untuk membentuk sitrat, sebagai substrat glukoneogenesis, atau mengalami transaminasi menjadi aspartat) serta reoksidasi NADH secara kontinu.

Akibat oksidasi yang dikatalis oleh berbagai dehidrogenase pada siklus asam sitrat, dihasilkan tiga molekul NADH dan satu FADH2 untuk setiap molekul asetil-KoA yang dikatabolisme per satu kali putaran siklus. Ekuivalen pereduksi ini dipindahkan ke rantai respiratorik, tempat reoksidasi masing-masing NADH menghasilkan pembentukan ~2,5 ATP, dan FADH2, ~1,5 ATP. Selain itu, terbentuk 1 ATP (atau GTP) melalui fosforilasi tingkat-substrat yang dikatalisis oleh suksinat tiokinase.

Siklus asam sitrat tidak saja merupakan jalur oksidasi unit dengan dua-karbon, tetapi juga merupakan jalur utama pertukaran sebagai metabolit yang berasal dari transaminasi dan deaminasi asam amino, serta menghasukjan substrat untuk sintesis asam amino melalui transmisi, serta untuk glukoneogenesis dan sintesis asam lemak. Karena fungsinya dalam proses oksidatif dan sintesis, siklus ini bersifat amfibolik.

Daftar Pustaka

Lehninger, A.L. (1982). Dasar-dasar Biokimia Jilid I. Jakarta: Penerbit Erlangga.

Murray, R.K. et al.(2014) . Biokimia Harper Edisi 29. Jakarta: EGC.

Sherwood, Laurale. (2012). Fisiologi Manusia Dari Sel ke Sistem (Edisi 6). Jakarta : EGC.