Daur asam trikarboksilat & pernafasan

Presentasi berjudul: "Daur asam trikarboksilat & pernafasan"— Transcript presentasi:

1 Daur asam trikarboksilat & pernafasan
Septiyaningsih 2014

2

3 Definisi Siklus asam trikarboksilat ( siklus TCA / tricarboxylic acid) disebut juga siklus Krebs / siklus asam sitrat Mrp serangkaian rx di mitokondria yg mengoksidasi gugus asetil pd asetil KoA & mereduksi koenzim yg teroksidasi mll rantai transpor elektron yg berhubungan dg pembentukan ATP

4 Jalur terakhir metabolisme oksidatif karbohidrat, AA/protein, lemak, pengubahan rangka karbonnya mjd CO2 & H2O Oksidasi menyediakan ATP. Tjd di mitokondria di hati Jalur Aerob (butuh O2) Peran : pembentukan glukosa dr rangka karbon AA/glukoneogenesis, lipogenesis (sintesis asam lemak) & interkonversi AA. Jalur untuk oksidasi unit dg 2 karbon & jalur untuk pertukaran bbg metabolit dr transaminasi. Bersifat amfibolik

5 Siklus TCA menghasilkan substrat untuk rantai respiratorik
Rx gugus asetil pd asetil KoA & asam dikarboksilat 4 karbon yaitu sitrat. Pembebasan 2 molekul CO2 & pembentukan ulang oksaloasetat Hanya sebagian kecil oksaloasetat yg dibutuhkan untuk mengoksidasi asetil KoA dlm jumlah besar sbg peran katalitik Menyediakan energi jumlah besar slma oksidasi Oksidasi Asetil KoA, koenzim mengalami breduksi & reoksidasi di rantai respiratorik dg pembentukan ATP Sifat rx Aerob butuh O2 sbg oksidan terakhir dr koenzim- koenzim yg tereduksi Enzim di matriks mitokondria baik bebas maupun terikat pd membran mitokondria serta membran krista, t4 enzim rantai respiratorik

6 Reaksi- reaksi Siklus TCA
Dekarboksilasi oksidatif piruvat Sintesis sitrat dari asetil Koa & oksaloasetat Isomerisasi sitrat Oksidasi & Dekarboksilasi isositrat Dekarboksilasi oksidatif ketoglutarat-α Pemecahan suksinil KoA Oksidatif suksinat Hidrasi Fumarat Oksidasi malat

7 1. Dekarboksilasi oksidatif piruvat
Piruvat = produk akhir glikolisis aerob hrs ditanspor ke mitokondria sebelum amsuk ke siklus TCA Dilakukan oleh pengangkut piruuvat spesifik yg membantu piruvt melewati membran mitokondria bg dalam Piruvat sampai matriks diubah mjd asetil KoA oleh kompleks multienzim Rx irreversibel Kompleks piruvat dehidrogenase mrp sumber utama asetil KoA

8 Komponen enzim kompleks piruvat dehidrogenase terdiri dr 3 enzim ( piruvat dehidrogenase/E1/dekarboksilase, dihidrolipoat transasetilase/E2, dihidrolipoat dehidrogenase/E3). tiap enzim mpy salinan multipel & mengatalisis sbg dr keseluruhan rx Peran : enzim pd pengubahan piruvat mjd asetil KoA & mengandung 2 enzim pengatur yg berikatan sangat kuat, protein kinase & fosfoprotein fosfotase.

9 Koenzim kompleks piruvat dehidrogenase mengandung 5 koenzim yg bekerja sbg pembawa / oksidan untuk rx zat antara. E1 membutuhkan asam lipoat & koenzim A E3 membutuhkan FAD & NAD+

10 Pengaturan kompleks piruvat dehidrogenase
2 enzim pengatur mrp bg dr kompleks scr bergantian mengubah aktivasi & inaktivasi E1 : menimbulkan fosforilasi protein kinase yg tdk bergantung AMP-siklik shg menghambat E1 Fosfoprotein fosfataseakan mengaktivasi E1 Kinase secara alosterik teraktivasi oleh ATP, asetil KoA, & NADH shg akan menghentikan kompleks piruvat dehidrogenase . asetil KoA & NADH scr alosterik menghambat bentuk defosforilasi (aktif) E1 Protein kinase scr alosterik diinaktivasi oleh NAD+ & koenzim akan mengaktifkan piruvat dehidrogenase. piruvat mrp inhibitor protein kinase yg kuat Jk konsentrasi piruvat meningkat E1 akan aktif scr maksimal

11 Defisiensi piruvat dehidrogenase
menyebabkan asidosis laktat kongenital ketidakmampuan perubahan piruvat mjd asetil KoA menyebabkan perubahan piruvat diubah mjd asam laktat oleh laktat dehidrogenase 1. Asidosis laktat – kematian 2. pembentukan asam laktat menyebabkan keterlambatan psikomotor, kerusakan korteks serebri, ganglia basal, & batang otak 3. ataksia episodik ketidakmampuan mengoordinasikan otot scr volunter diinduksi oleh karbohidrat.

12 2. Sintesis sitrat dr asetil KoA & oksaloasetat
Kondensasi asetil KoA & oksaloasetat untuk membentuk sitrat dikatalisis oleh sitrat sintase membentuk ikatan karbon- ke-karbon antara karbon metil pd asetil KoA & karbonil pd oksaloasetat. Sitrat sintase scr alosterik teraaktivasi oleh Ca+2 &ADP Dihambat : ATP, NADH, suksinil KoA, & derivat lemak asetil KoA Sitrat menghambat fosfofruktokinase yg mengatur laju glikolisis & mengaktivasi asetil KoA karboksilase Ikatan tioester pada sitril-KoA terbentuk mengalami hidrolisis & membebaskan sitrat & KoASH (rx eksotermik)

13

14 3. Isomerisasi sitrat Sitrat diisomerisasi mjd isositrat oleh aconitase/akonitase/akonitat hidratase (dihambat oleh fluoroasetat yg diubah mjd fluoroasetil KoA yg berkondensasi dg oksaloasetat untuk membentuk fluorositrat- penghambat aconitase yg kuat shg menyebabkan akumulasi sitart) Tahap 1 : dehidrasi mjd cis-akonitat Tahap 2 : rehidrasi mjd isositrat Rx scr asimetris shg 2 atom karbon hilang dlm rx selanjutnya krn tjd channelling pemindahan produk sitrat sintase scr langsung ke bg aktif akonitase. Hasil O integrasi aktivitas siklus TCA & penyedia sitrat di sitosol sbg sumber asetil KoA untuk sintesis asam lemak

15 Aconitase Aconitase

16 4. Oksidasi dan dekarboksilasi isositrat
Isositrat dehidrogenase mengatalisis dekarboksilasi oksidatif isositrat untuk membentuk okasalosuksinat yg terikat pd enzim & mengalami dekarboksilasi mjd α-ketogluutarat. Membutuhkan ion MG++/Mn++ Isoenzim : NAD+ (mitkondria), NADP+ (mitokondria&sitosol) scr irreversibel menghasilkan 3 molekul NADH dan pelepasan CO2 yg pertama Sbg pembatas laju siklus TCA Enzim ini scr alosterik teraktivasi oleh ADP dan Ca+2 & dihambat oleh ATP & NADH yg kadarnya meningkat jk sel mpy energi yg berlimpah

17 Isocitrate DH Isocitrate DH

18 5. Dekarboksilasi oksidatif ketoglutarat-α
kompleks Ketoglutarat-α dibentuk mll deaminasi / transaminasi oksidatif asam amino glutamat. Ketoglutarat-α mjd suksinil KoA dikatalisis oleh kompleks Ketoglutarat-α dehidrogenase (mngadung 3 aktivitas enzim) Melepaskan CO2 yg kedua & membentuk NADH kedua dr siklus Koenzim : tiamim pirofosfat, asam lipoat, FAD, NAD+, & koenzim A Berfungsi sbg bg dr katalitik. kompleks Ketoglutarat-α dihambat oleh ATP, GTP, NADH, & suksinil KoA Diaktivasi oleh CA+2

19 Ketoglutarat DH compleks

20 6. Pemecahan suksinil KoA
Suksinil tiokinase = suksinil KoA sintetase memecah tioester berenergi tinggi yg terikat dg suksinil KoA Rx ini mengalami perangkaian untuk proses fosforilasi GDP mjd GTP. GTP & ATP dpt mengalami interkonversi scr energetik mll rx nukleosida difosfat kinase. GTP + GDP → GDP + ATP GTP untuk dekarboksilasi oksaloasetat mjd fosfoenolpiruvat dlm glukoneogenesis & menghasilkan hub. Regulatorik antara aktivitas siklus TCA & pengghentian oksaloasetat untuk glukoneogenesis Suksinil KoA dibentuk dr propionil KoA yg dihasilkan dr metabolisme asam lemak dg atom karbon ganjil dn dr metabolisme bbrp AA

21 7. Oksidasi Suksinat Suksinat dioksidasi mjd fumarat oleh suksinat dehidrogenase yg terikat pd permukaan membran dlm mitokondria. Enzim ini mengandung FAD & protein besi-sulfur (Fe;S) & lngsung mereduksi ubikuinon dlm rantai transpor elektron menghasilkan koenzim FADH2 tereduksi Dihambat oleh oksaloasetat Suksinate DH

22 8. Hidrasi Fumarat Fumarat dihidrasi mjd malat mll rx bebas brsifat reversibel & dikatalisis olh fumarase (fumarat hidratase) mengatalisis penambahan air pd ikatan rangkap fumarat. Fumarat dihasilkan dr siklus urea, sintesis purin, selama katabolisme AA, fenilalanin & tirosin. fumarase

23 9. Oksidasi Malat Malat dioksidasi mjd oksaloasetat oleh malat dehidrogenase yg memerlukan NAD+. Hasil : NADH yg ketiga & terakhir dlm siklusOksaloasetat dihasilkan mll transaminasi AA, asam aspartat. Malate DH

24 Energi yg dihasilkan Siklus TCA
2 atom karbon masuk ke siklus dlm bentuk asetil KoA & keluar sbg CO2 Tidak melibatkan pemakaian/pembentukan oksaloasetat / zat antara lainnya. 4 pasang elektron akan ditransfer selama 1 lingkaran siklus : 3 pasang elektron akan mereduksi NAD+ mjd NADH & 1 pasang mereduksi akan FAD mjd FADH2 Oksidasi 1 NADH oleh transpor elektron menyebabkan pembentukan 3 ATP, oksidasi FADH2 menghasilkan 2 ATP yg dihasilkan dr oksidasi 1 asetil KoA.

25 1 Putaran siklus TCA menghasilkan 12 ATP
Akibat oksidasi dikatalisis dehidrogenase pda siklus TCA dihasilkan 3 molekul NADH & 1 FADH2 untuk setiap molekul asetil KoA yg dikatabolisme per satu kali putaran siklus Ekuivalen pereduksi dipindahkan ke rantai respiratorik, tempat reoksidasi masing-masing NADH menghasilkan pembentukan pembentukan -3ATP & FADH2, -2ATP Terbentuk 1 ATP / GTP melalui fosforilasi tingkat substrat yg dikatalisis suksinat tiokinase

26 Pengaturan Siklus TCA Pengaturan melalui aktivasi & inhibisi aktivitas enziim : dikendalikan mll enzim sitrat sintase, isositrat dehidrogenase & kompleks ketoglutarat-α dehidrogenase Pengaturan ketersediaan ADP Efek peningkatan ADP: pemakaian energi akibat kontraksi otot, rx biosintesis menyebabkan hidrolisis ATP mjd ADP & Pi. Akibatnya tjd peningkatan rx mnggunakan ADP untuk bentuk ATP&fosforillasi oksidatif. Pembentukan ATP meningkat s/d mengimbangi laju pemakaian ATP oleh rx yg membutuhkan energi Efek penurunan ADP : ADP rendah maka pembentukan ATP mll fosforilasi oksidatif menurun akibat kekurangan akseptor fosfat (ADP)/fosfat inorganik (Pi) Laju fosforilasi oksidatif sebanding dg [ADP][Pi]/[ATP] disebut pengendalian respiratorik pembentukan energi. Oksidasi NADH & FADH2 oleh rantai transpor elektronterhenti jk ADP rterbatas. Jk NADH & FADH2 terakumulasi bentuk yg teroksidasi mjd berkurang menghambat oksidasi asetil KoA mll siklus TCA akibat kekurnagan koenzim yg teroksidatif.

27

28 TERIMAKASIH