1

Kuliah ke Sebelas

Fakutras Kesehatan Masyarakat

Universitas Sumatera Utara

MEDAN

2

Pirurat Laktat atau etanol dan CO2

Respirasi

CO2 dan H2O

3

Fisiologis Biokimia

Pemasukkan O2 danPengeluaran CO2 dari paru

Konsumsi O2 danPembentukan CO2 dalam sel

4

Piruvat

Asamamino

Asamlemak

Asetil-KoACO2

NH3

CO2

2H

Oksalo asetat Sitrat

Malat

Fumarat

Suksinat Suksinil-KoA

Ketoglutarat

Isositrat

Cis-akonitat

CO2

CO2

GTP

2H

2H

2H

2HNADH

NADHdehidrogenase

Ubikuinon

Sitokrom b

Sitokrom c1

Sitokrom c

Sitokrom aa3

2H+ + 1/2 O2 H2O

ADP + Pi

ADP + Pi

ADP + Pi

ATP

ATP

ATP

Tahap 1

Tahap 2

Tahap 3

Gambar 26. Tahap Respirasi Sel

5

Siklus Asam Sitrat = Siklus Asam Trikarboksilat= Siklus Krebs

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

Oksidari glukosa menjadi CO2 dan H2O membebaskanEnergi >>> Glikolisis

6

Mekanismenya adalah :

Piruvat Asetil – KoA dan CO2

Karbohidrat Asam lemak Asam amino

Reakai Piruvat Asetil – KoA

Piruvat + NAD+ + KoA – SH Asetil – KoA + NADH + CO2

7

dehi

drog

enas

i dekarboksilasi

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 )• Asam lipoat

8

Empat Vitamin yang menyusun enzim (Ko enzim)• Tiamin ( pada TPP )• Riboflavin ( pada FAD )• Asam pantotenat ( pada KoA )• Nikotinamid ( NAD+ )

Selain itu diperlukan juga Asam lipoat (vitamin esensial)

9

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

E35. + 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 E3 = dihidrolipoil dehidrogenase

10

Siklus Asam Sitrat merupakan bentuk lingkaran

Sis-Akonitat

Isositrat

Fumarat

Ketoglutarat

Suksinat

Penghambatan MalonatMalat

Oksalo asetat

Asam Sitrat

Piruvat

CO2

Gambar 28. Menutupnya lingkaran pada pencetusan teori awal siklus

11

Bagaimana munculnya pemikiran siklus asam sitrat ?

Sejarah Siklus Asam Sitrat.

1937 Hans Krebs

Lintas Oksidasi Piruvat dalam jaringan hewan

dikemukakan

12

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

Merangsang konsumsi oksigen oleh otot

13

Krebs melengkapi hasil penemuan Szent-Györgyidengan 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 merupakankomponen 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.

14

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 .

15

Diawali dari Asetil-KoA

CO2 Atom H (diikat dalam bentuk ko enzim tereduksi NADH dan FADH2)

.

16

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 -

CH2sis-Akonitatterikat oleh enzim

C COO -

COO -

COO -

CH2

- H2O + H2O

H

C HHO

IsositratIsositrat dehidrogenase Mg2+

CO2NAD+

NADP+NADHNADPH

CH2

COO -

COO -

CH2

C O

Ketoglutarat

Gambar 30. Keempat reaksi pertama pada siklus asam sitrat

17

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-KoAsintetase Mg2+

Suksinat

E FAD

E FADH2

Suksinatdehidrogenase

CH

HC

Fumarat

+ H2O

- H2OFumarase

- OOC- OOC C

OH

H NAD+ NADH + H+

L-Malatdehidrogenase

C

O

L-Malat Oksaloasetat

Gambar 31. Reaksi selanjutnya dari siklus asam sitrat

18

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)

Pusat besi bersulfur

19

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

Isositrat + NAD+ (NADP+) α-ketoglutarat + CO2 + NADH (NADPH) + H+

Isositrat dehidrogenase enzim penerima elektron

NAD+ NADP+ (dalam mitokondria) (dalam mitokondria dan sitosol)

Memerlukan Mg2+ dan Mn2+ tidak aktif tanpa ADP sebagai modulator positifnya

20

α-ketoglutarat dioksidasi menjadi suksinat dan CO2 oleh kerja kompleks α-ketoglutarat dehidrogenase.

α-ketoglutarat +NAD+ + KoA suksinil–KoA + CO2 + 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.

21

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 + Pi)

Reaksi ini disebut Fosforilasi tingkat substrat (karenareaksi dihasilkan dari dehidrogenasi molekul substrat)fosfat berenergi tinggi dari GTP diberikan pada ADP membentuk ATP melalui nukleosida difosfokinase

22

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.

23

Fumarat terhidrasi membentuk Malat

Fumarat + H2O L –Malat fumarat hidratase

fumarat hidratase = fumarase

Malat mengalami dehidrogenasi membentukoksaloasetat

L-malat + NAD+ Oksaloasetat + NADH + H+

oksaloasetat dehidrogenase

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

24

Piruvat menjadi asetatil–KoA merupakan prosesyang 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-KoAYang dihasilkan dari oksidasi piruvat dan asam lemak

25

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

Piruvatdehidrogenase

berfosfat(tidak aktif)

Piruvat dehidrogenase

tanpa fosfat(aktif)

ATP

ADP

piruvatdehidrogenase

kinaseNADH

H2O

Pi

Ca2+

Mg2+piruvat dehidrogenase

fosfat fosfatase

Gambar 32. Pengaturan piruvat dehidrogenase

26

Siklus asam sitrat juga diaturPiruvat

Ca2+

CO2

Asetil-KoA

ATPNADHAsetil-KoA

Sitrat

Suksinil-KoANADHAsil lemak-KoA

KoA

Oksaloasetat

Konsentrasi oksaloasetatmerupakan faktor yang paling kritis di dalam kecepatan pembentukan sitrat

Malat

Fumarat

Suksinat Suksinil-KoA

Ketoglutarat

CO2

Isositrat

CO2ADP

Gambar 33. Pengaturan siklus asam sitrat

27

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

Siklus asam sitrat adalah lintas amfibolik (bukankatabolisme oksidatif karbohidrat, asam lemak,dan asam amino, tetapi juga sebagai reaksi tahappertama dalam lintas biosintetik)

Senyawa antara : - α-ketoglutarat - suksinat - oksaloasetat

Sebagai pemula Asam amino

Akibat penarikan senyawa antara , maka laju siklusAsam sitrat menurun.

28

Senyawa antara tersebut dapat dikembalikan Lagi dengan reaksi ANAPLEROTIK, yaitu reaksi enzimatik piruvat oleh CO2 membentuk oksaloasetat melalui kerja piruvat karboksilase

Piruvat + CO2 + ATP + H2O oksaloasetat + ADP + Pi + H+

29

Siklus GlioksilatReaksi total siklus glioksilat :

2 asetil-S-KoA + NAD+ + H2O suksinat + 2 KoA-SH + NADH + H+

Asetil-KoAKoA-SH

Oksaloasetat

MalatNAD+

H+ + NADH

malat dehidrogenase

Glioksilat

Sitrat

Isositrat

akonitase

Suksinat

isositratliase

Asetil-KoA + H2O

H+ + KoA-SH

Gambar 34. Siklus Glioksilat

30

LINTAS SEKUNDER GLUKOSAD-Glukosa 1-fosfat

UTP

PPi

Mg2+

OCH2OH

HH

H

OHOH

H

H

OH

O P O P

O-O-

OO

Uridin

OCOO -

HH

H

OHOH

H

H

OH

O P O P

O-O-

OO

Uridin

H2O + 2NAD+

3H+ + 2NADH

UDP-glukosa dehidrogenase

OCOO -

HH

H

OHOH

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

H2OAldonolaktonase

O

O L-Gulonolakton

C

HOC

HC

HOC

HOCH

CH2OH

O

O

2Hgulonolakton oksidase

L-Asam askorbat

Fenol glukosiduronida(bentuk ekskresi genol)

Gambar 35. Lintas sekunder glukosa

31

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.