BAB III
SIKLUS ASAM SITRAT 3.1 Pendahulua Pendahuluan n Bagaimana munculnya pemikiran mengenai siklus asam sitrat ? Sikl Siklus us asam asam sitr sitrat at pert pertam ama a kali kali dik dikemuka emukaka kan n seba sebaga gaii lint lintas as oksida oksidasi si piruva piruvatt dalam dalam jaring jaringan an hewan hewan pada pada tahun tahun 1937 1937 oleh oleh Hans Hans Kreb Krebs. s. Pemik emikir iran an meng mengen enai ai sikl siklus us asam asam sitr sitrat at diil diilha hami mi dari dari hasi hasill penelitiannya mengenai aktivitas oksidati dari sel otot hewan !burung merpati" yang mengoksidasi asam piruvat dengan ke#epatan respirasi yang yang amat amat tinggi tinggi.. Penel Peneliti itian an sebelu sebelumny mnya a yang yang dilak dilakuka ukan n oleh oleh $lb $lbert ert S%ent &iorgy di Honggaria Honggaria telah menemukan menemukan bahwa terdapat terdapat beberapa beberapa asam asam organ organik ik dikarb dikarboks oksila ilatt berant berantai ai ' atom atom ( sepert sepertii asam suksinat, fumarat, malat dan oksaloasetat yang terdapat dalam jaringan hewan dan merangsang konsumsi )* oleh otot. +ari hasil penelitian tersebut Krebs mengemukakan mengemukakan bahwa asam, asam organik ini menyebabka menyebabkan n terjadinya terjadinya oksidasi oksidasi asam piruvat. piruvat. -ebih -ebih jauh
lagi
oksidasi
asam
piruvat
dipengaruhi
juga
oleh
asam
trikarboks trikarboksilat ilat berkarbon berkarbon / seperti seperti asam sitrat dan asam isositrat isositrat serta asam asam trikar trikarbok boksil silat at berkarb berkarbon on 0 !asam sejum sejumla lah h
asam asam,as ,asam am
ini ini
terb terbuk ukti ti
-ketoglutarat -ketoglutarat ". ". Penambaha Penambahan n
α
dapa dapatt
meni mening ngka katk tkan an
ke#epa e#epata tan n
oksidasi asam piruvat. Pengamatan penting kedua yang dihasilkan oleh penelitian Krebs adalah adalah pengha penghamba mbatan tan kompet kompetiti iti sp spesi esik k bagi bagi dehidrogenasi suksinat oleh asam malonat . Senyawa ini terbukti telah menghambat pengunaan asam piruvat se#ara aerobik oleh suspensi sel otot tanpa bergantung kepada kepada jenis asam organik organik akti mana yang yang ditambahkan. ditambahkan. Selanjutnya Selanjutnya Kreb Krebs s
meng mengem emuk ukak akan an
bahw bahwa a
jika jika
malo malona natt
dipe diperrguna gunaka kan n
untu untuk k
mengha menghamba mbatt pemaka pemakaian ian piruva piruvatt se#ara se#ara aerobi aerobik k oleh oleh sus suspens pensii otot otot terjadi terjadi penumpukan penumpukan asam sitrat
α,ketoglutarat
dan suksinat di dalam
medium suspensi. 2ni menunjukan bahwa asam sitrat dan
α,ketoglutarat
terubah menjadi suksinat pada keadaan normal yaitu bilamana malonat tidak ada dalam medium. DIKTAT PERKULIAHAN BIOKIMIA II
23
+ari
pengamatan,pengamatan
tersebut
di
atas
Krebs
menyimpulkan bahwa asam tri dan dikarboksilat akti dapat disusun dalam suatu urutan kimia se#ara logis dan tiap,tiap tahap merupakan reaksi kimia sederhana yang dikatalisis oleh suatu en%im spesik. Selanjutnya karena inkubasi piruvat dan oksaloasetat dalam suspensi sel otot mengakibatkan penumpukan asam sitrat dalam medium maka Krebs mengusulkan bahwa urutan reaksi,reaksi tersebut berungsi dalam suatu bentuk lingkaran atau membentuk suatu putaran penuh ! siklus" dengan #ara sedemikian rupa sehingga permulaan dan akhir reaksi digabungkan bersama,sama. Siklus yang terdiri dari tahapan,tahapan reaksi yang dikemukankan oleh Hans Krebs ini kemudian lebih dikenal dengan nama siklus asam sitrat karena senyawa ini merupakan asam trikarboksilat pertama yang dibentuk dalam tahapan reaksi tersebut.
3.2 Okidasi asa !i"u#a$ en%adi Ase$il K&'A Sebelum memasuki siklus asam sitrat asam piruvat yang merupakan pusat dari lintas metabolisme karbohidrat terlebih dahulu dioksidasi menjadi asetil,Ko$ dengan bantuan kompleks en%im piruvat dehidrogenase dengan reaksi sebagai berikut
)ksidasi
asam
piruvat
menjadi
asetil,Ko$
terjadi
dalam
mitokondria sel eukariot sedangkan pada sel prokariot terjadi di dalam sitoplasma. Pada reaksi ini piruvat
mengalami
dekarboksilasi oksidatif yaitu dehidrogenasi
proses yang
melibatkan
DIKTAT PERKULIAHAN BIOKIMIA II
24
pemindahan gugus karboksil sebagai molekul ()* dan gugus asetil sebagai asetil,Ko$. (a)a" 2.3 4ekanisme dekarboksilasi oksidati asam piruvat menjadi asetil,Ko$.
Kedua atom hidrogen yang dilepaskan oleh piruvat mun#ul sebgai 5$+H dan H6 yang selanjutnya memberikan elektronnya kepada molekul oksigen melalui rantai osorilasi oksidati.
3.3 Taha!an Siklus Asa Si$"a$ Siklus asam sitrat terdiri dari delapan tahap reaksi berurutan dimana transormasi kimia yang terjadi pada saat gugus asetil dari asetil,Ko$ dirangkaikan hingga menghasilkan ()* dan atom H yang diikat dalam bentuk koen%im tereduksi 5$+H dan $+H*. Kedelapan tahap reaksi yang terjadi dalam siklus asam sitrat adalah sebagai berikut 1.
Pembentukan
asam
sitrat
oleh
kondensasi
asetil,Ko$
dengan
oksaloasetat $setil,Ko$ 6 oksaloasetat 6 H *) ∆&
o
asam sitrat 6 Ko$,SH 6 H 6
8 ,77 kkal:mol. ;eaksi ini dikatalisis oleh
en%im
sintase gugus
sitrat dimana
asetil
dari
asetil,Ko$ berkondensasi dengan
gugus
karbonil
dari
oksaloasetat
dan
terjadi
peme#ahan
ikatan tioester untuk membebaskan koen%im $ bebas.
DIKTAT PERKULIAHAN BIOKIMIA II
25
(a)a" 2.* Kondensasi asetil,Ko$ dengan oksaloasetat menjadi asam sitrat Gambar 2.4 mekanisme pembentukan asam sitrat.
*.
reaksi
Pengubahan asam sitrat menjadi isositrat melalui sis,akonitat
akonitase
menjadi
mengkatalisis
pengubahan
dapat
balik
sitrat
isositrat melalui pembentukan senyawa antara asam
trikarboksilat sis,akonitat. $konitase mengkatalisis penambahan H*) se#ara dapat balik kepada ikatan ganda pada sis,akonitat yang terikat oleh en%im dalam dua #ara yang berbeda yang satu menuju pembentukan asam sitrat dan
yang lainnya ke pembentukan
isositrat.
3.
+ehidrogenasi isositrat menjadi α,ketoglutarat dan ()* Pada tahapan ini isositrat terdehidrogenasi menjadi
α,ketoglutarat
dan ()* oleh bantuan en%im isositrat dehidrogenase.
26
'.
+ekarboksilasi oksidati α,ketoglutarat menjadi suksinil,Ko$ dan ()*. =ahapan keempat dari siklus asam sitrat adalah dekarboksilasi oksidati kerja
α,ketoglutarat
kompleks
membentuk suksinil,Ko$ dan ()* melalui
en%im
-ketoglutarat
α
dehidrogenase
yang
mengkatalisis reaksi
4ekanisme reaksi kompleks en%im hampir
mirip
dengan kompleks
-ketoglutarat dehidrogenase
α
piruvat
keduanya mengkatalisis oksidasi asam
dehidrogense
dimana
- keto dengan melepaskan
α
gugus karboksil sebagai ()*.
0.
Pengubahan suksinil,Ko$ menjadi asam suksinat Suksinil,Ko$ merupakan salah satu senyawa berenergi tinggi yang memiliki
∆&
o
8 yang amat negati bagi hidrolisis ikatan tioesternya.
$kan tetapi di dalam sel hidrolsiis ikatan tioester suksinil,Ko$ berkaitan langsung dengan osorilasi &+P menjadi &=P sebagai senyawa penyimpan energi dengan reaksi Suksinil,Ko$ 6 Pi 6 &+P
Suksinat 6 &=P 6 Ko$,SH
o
∆&
8 ,>7
kkal:mol
;eaksi
tersebut
dikatalisis
oleh
suksinil,Ko$
sintetase
yang
menghasilkan suksinat bebas dan pembentukan senyawa osat berenergi tinggi &=P. ;eaksi ini termasuk jenis reaksi osorilasi tingkat substrat yang memanaatkan energi dari hidrolsisis molekul subsrat. /.
+ehidrogenasi asam suksinat menjadi asam umarat +alam
tahapan
ini
suksinat
yang
dibentuk
dari
suksinil,Ko$
didehidrogenasi lebih lanjut menjadi asam umarat. ;eaksi ini dikatalisis oleh en%im suksinat dehidrogenase yang mengandung $+ yang terikat se#ara kovalen. DIKTAT PERKULIAHAN BIOKIMIA II
27
7.
Pengubahan asam umarat menjadi asam malat Hidrasi asam umarat menjadi asam malat dikatalisis oleh fumarat hidratase atau sering disebut en%im fumarase. 4ekanisme kerja en%im umarase bersiat amat spesik dimana en%im ini hanya menghidrasi ikatan ganda trans dari asam umarat
tetapi tidak
bekerja pada asam maleat yang merupakan isomer sis dari asam umarat.
?.
+ehidrogensi asam malat membentuk oksaloasetat Pada tahapan terakhir siklus asam sitrat -,malat dehidrogenase yang mengikat 5$+ mengkatalisis dehidrogenasi asam malat menjadi oksaloasetat
+i dalam sel ∆&
reaksi berjalan ke sebelah kanan walaupun dengan
o
8yang bernilai positi karena oksaloasetat yang merupakan
produk reaksi dengan #epat diikat oleh sitrat sintase yang mengubah asetil Ko,$menjadi asam sitrat sehingga reaksi keseluruhan dari DIKTAT PERKULIAHAN BIOKIMIA II
28
kedelapan tahapan siklus asam sitrat merupakan lintas sirkuler seperti ditunjukkan pada gambar *.0.
DIKTAT PERKULIAHAN BIOKIMIA II
29
(a)a" 2.+. ;angkaian siklus asam sitrat
3.* Pen,a$u"an ke-e!a$an siklus asa si$"a$ =erdapat empat tahap pengaturan ke#epatan siklus asam sitrat yaitu 1. Pengaturan aktivitas en%imatik ! piruvat dehidrogenase" melalui modikasi kovalen. @ika konsentrasi $=P dalam mitokondria relati tinggi pembentukan asetil,Ko$ dari piruvat dihambat oleh $=P itu sendiri dengan #ara merangsang aktivitas en%im pembantu piruvat dehidrogenasi kinase untuk segera memosorilasi residu serin spesik pada molekul piruvat dehidrogenase se,hingga menjadi bentuk inakti. $kan tetapi jika permintaan terhadap $=P mening,kat sehingga konsentrasi $=P dalam mitokondria menurun piruvat dehidrogenase dirubah kembali menjadi bentuk akti dengan #ara penguraian gugus osat oleh en%im piruvat dehidrogenase fosfatase. Selain itu kompleks piruvat dehidrogenase juga diatur oleh mekanisme penghambatan alosterik dimana en%im ini dihambat kuat oleh $=P asetil,Ko$ dan 5$+H yang merupakan produk reaksi piruvat dehidrogenase.
(a)a" 2.. Pengaturan aktitas en%im piruvat dehidrogenase DIKTAT PERKULIAHAN BIOKIMIA II
30
melalui modikasi kovalen
*. Pengontrolan ke#epatan pembentukan asam sitrat oleh en%im sitrat sintase. $ktivitas sitrat sintase diatur melalui regulasi alosterik dimana perubahan konsentrasi suksinil,Ko$ asetil,Ko$ dan 5$+H akan sangat mempengaruhi mekanisme kerja en%im tersebut. 3. Pengaturan oksidasi isositrat menjadi
α,ketoglutarat
dan ()* oleh
regulasi alosterik isositrat dehidrogenase. 5$+H dan 5$+PH adalah modulator penghambat aktivitas isositrat dehidrogenase. '. Pengaturan
aktitas
en%im
α,ketoglutarat
dehidrogenase
oleh
produknya sendiri !suksinil,Ko$".
(a)a" 2.+ -intas pengaturan siklus asam sitrat selama oksidasi piruvat
3.+ M&di/kasi Siklus Asa Si$"a$ Siklus (li&ksila$ +i dalam tumbuhan dan beberapa mikroorganisme seperti E. Coli gugus asetil sering berungsi sebagai sumber senyawa antara yang diperlukan untuk melakukan sintesis kerangka karbon pada karbohidrat. +alam kasus ini siklus asam sitrat bekerja dalam suatu modikasi khusus yang dikenal dengan siklus glioksilat . Persamaan reaksi siklus glikosilat adalah sebagai berikut DIKTAT PERKULIAHAN BIOKIMIA II
31
*$setil,Ko$ 6 5$+6 6 *H*)
suksinat
6 *Ko$,SH
6
5$+H
6
3H6
Penguraian dehidrogenase
isositrat
yang
tidak
mengubah
terjadi
melalui
isositrat
menjadi
reaksi
isositrat
α,ketoglutarat
melainkan melalui penguraian yang dikatalisis oleh isositrat liase yang mengubah
isositrat
menjadi
suksinat
dan
glioksilat .
&lioksilat
selanjutnya berkondensasi dengan asetil,Ko$ untuk menghasilkan asam malat dengan bantuan en%im malat sintase. Pada setiap putaran siklus glioksilat dua molekul asetil,Ko$ masuk dan satu molekul suksinat dibentuk yang selanjutnya dipergunakan untuk tujuan biosintestik. Suksinat selanjutnya dapat diubah menjadi umarat dan malat dapat diubah menjadi oksaloasetat yang kemudian dapat diubah menjadi osoenol piruvat. osoenol piruvat lalu dipergunakan sebagai pemula bagi biosintesis glukosa. -intas siklus glioksilat tidak terjadi dalam sel hewan yang tidak memiliki en%im isositrat liase dan malat sintase.
(a)a" 2. Siklus glioksilat yang terjadi pada tumbuhan dan mikroorganisme. DIKTAT PERKULIAHAN BIOKIMIA II
32
Lin$as Pen$&sa 0&s0a$ Lin$as (luk&"&na$ Lin$as Sekunde" Ka$a)&lise (luk&sa Hampir semua glukosa yang mengalami katabolisme oleh jaringan hewan masuk ke dalam urutan glikolitik untuk menghasilkan energi dalam bentuk $=P dan masuk ke dalam siklus asam sitrat. 5amun demikian terdapat lintas katabolik yang lain yang disebut metabolisme sekunder glukosa. -intas ini bukan merupakan lintas utama tetapi menghasilkan produk khusus yang dibutuhkan oleh sel. =erdapat dua lintas sekunder katabolisme glukosa yaitu 1. -intas pentosa osat yang menghasilkan dua produk khusus 5$+PH dan ribposa 0,osat. 5$+PH adalah senyawa pembawa energi kimia dalam bentuk tenaga pereduksi dan ribosa 0,osat adalah prekursor bagi biosintesis asam nukleat. ;eaksi pertama pada lintas pentosa osat adalah dehidrogenasi glukosa
/,osat
oleh
glukosa
6-fosfat
membentuk 5$+PH dan /,osoglukono
dehidrogenase
δ,lakton
yang
yang kemudian
terhidrolisis menjadi /,osoglukonat oleh laktonase.Selanjutnya /, osoglukoanat
mengalami
dehidrogenasi
dan
dekarboksilasi
membentuk ketopentosa !+,ribosa 0,osat". Persamaan reaksi keseluruhan dari lintas pentosa osat adalah sebagai berikut &lukosa /,osat 6 5$+P6 6 H*)
+,ribosa 0,osat
6
() *
6
*5$+PH 6 *H6
*. -intas &lukoronat yang membentuk +,glukoronat dan asam -, askorbat. Pada lintas ini glukosa 1,osat diubah menjadi A+P,glukosa yang kemudian mengalami dehidrogensi en%imatik membentuk A+P, +,glukoronat.
A+P,+,glukoronat
detoksikasi senyawa,senyawa
lalu asing
dimanaatkan seperti
glukoronat juga merupakan senyawa antara
untuk
obat,obatan.
+,
pada pengubahan +,
glukosa menjadi asam -,askorbat. Senyawa ini direduksi oleh 5$+PH menjadi
-,gulonat
yang
selanjutnya
terubah
menjadi
bentuk
laktonnya !-,glukonolakton". -,glukonolakton selanjutnya dioksidasi oleh &lukonolakton oksidase membentuk asam -,askorbat. Beberapa DIKTAT PERKULIAHAN BIOKIMIA II
33
spesies hewan termasuk manusia dan beberapa jenis ikan tidak dapat mensintesis asam -,askorbat karena tidak memiliki en%im glukonolakton oksidase.
DIKTAT PERKULIAHAN BIOKIMIA II
34