Tahapan Siklus Asam Sitrat

Jalur katabolik utama dalam tubuh adalah siklus asam sitrat karena di sinilah oksidasi menjadi karbon dioksida terjadi untuk produk pemecahan blok pembangun utama sel – gula, asam lemak, dan asam amino. Jalurnya siklik dan karenanya, tidak benar-benar memiliki titik awal atau akhir. Semua reaksi terjadi di mitokondria, meskipun satu enzim tertanam di membran bagian dalam organel. Saat kebutuhan berubah, sel dapat menggunakan subset dari reaksi siklus untuk menghasilkan molekul yang diinginkan daripada menjalankan seluruh siklus.

Pengertian

Siklus asam sitrat adalah serangkaian reaksi yang menghasilkan dua molekul karbon dioksida, satu GTP / ATP, dan bentuk-bentuk penurunan NADH dan FADH2. Langkah-langkah dalam Siklus Asam Sitrat.

Tahapan

Langkah 1

Langkah pertama adalah langkah kondensasi, menggabungkan gugus asetil dua-karbon (dari asetil CoA) dengan molekul oksaloasetat empat-karbon untuk membentuk molekul sitrat enam-karbon. CoA terikat dengan gugus sulfhidril (-SH) dan berdifusi menjauh pada akhirnya bergabung dengan gugus asetil lain. Langkah ini tidak dapat diubah karena sangat eksergonik. Laju reaksi ini dikendalikan oleh umpan balik negatif dan jumlah ATP yang tersedia. Jika tingkat ATP meningkat, laju reaksi ini menurun. Jika ATP amat terbatas, tingkat meningkat.

Langkah 2

Sitrat kehilangan satu molekul air dan memperoleh lain saat sitrat diubah menjadi isomer nya, isositrat.

siklus asam sitrat
Dalam siklus asam sitrat, gugus asetil dari asetil CoA melekat molekul oksaloasetat empat-karbon untuk membentuk molekul sitrat enam-karbon. Melalui serangkaian langkah, sitrat dioksidasi, merilis dua molekul karbon dioksida untuk setiap kelompok asetil dimasukkan ke siklus. Dalam prosesnya, tiga NAD + molekul direduksi menjadi NADH, satu molekul FAD direduksi menjadi FADH2, dan satu ATP atau GTP (tergantung pada jenis sel) diproduksi (oleh fosforilasi tingkat-substrat). Karena produk akhir dari siklus asam sitrat juga reaktan pertama, siklus berjalan terus menerus di hadapan reaktan cukup.

Langkah 3 dan 4

Pada langkah ketiga, isositrat teroksidasi, menghasilkan molekul lima karbon, α-ketoglutarat, bersama-sama dengan molekul CO2 dan dua elektron, yang mengurangi NAD + menjadi NADH. Langkah ini juga diatur oleh umpan balik negatif dari ATP dan NADH dan dengan efek positif dari ADP. Langkah tiga dan empat keduanya langkah oksidasi dan dekarboksilasi, yang melepaskan elektron yang mengurangi NAD + menjadi NADH dan melepaskan gugus karboksil yang membentuk molekul CO2. α-ketoglutarat adalah produk dari langkah ketiga, dan kelompok suksinil adalah produk dari langkah empat. CoA mengikat gugus suksinil untuk membentuk suksinil CoA. Enzim yang mengkatalisis langkah empat diatur oleh inhibisi umpan balik dari ATP, suksinil CoA, dan NADH.

Langkah 5

Gugus fosfat digantikan dengan koenzim A, dan ikatan energi tinggi terbentuk. Energi ini digunakan dalam fosforilasi tingkat-substrat (selama konversi dari kelompok suksinil menjadi suksinat) untuk membentuk salah satu guanin trifosfat (GTP) atau ATP. Ada dua bentuk enzim, yang disebut isoenzim, untuk langkah ini, tergantung pada jenis jaringan hewan di mana mereka ditemukan. Salah satu bentuk yang ditemukan dalam jaringan yang menggunakan sejumlah besar ATP, seperti jantung dan otot rangka. Bentuk ini menghasilkan ATP. Bentuk enzim kedua ditemukan dalam jaringan yang memiliki sejumlah besar jalur anabolik, seperti hati. Bentuk ini menghasilkan GTP. GTP secara energetik setara dengan ATP; Namun, penggunaannya lebih terbatas. Secara khusus, sintesis protein terutama menggunakan GTP.

Langkah 6

Langkah keenam adalah proses dehidrasi yang mengubah suksinat menjadi fumarat. Dua atom hidrogen akan ditransfer ke FAD, menghasilkan FADH2. Energi yang terkandung dalam elektron dari atom-atom ini tidak cukup untuk mengurangi NAD + tapi cukup untuk mengurangi FAD. Tidak seperti NADH, pengangkut ini tetap melekat pada enzim dan mentransfer elektron ke rantai transpor elektron langsung. Proses ini dimungkinkan oleh lokalisasi enzim yang mengkatalis langkah ini dalam membran dalam mitokondria.

Langkah 7

Air ditambahkan ke fumarat selama langkah tujuh, dan malat diproduksi. Langkah terakhir dalam siklus asam sitrat meregenerasi oksaloasetat dengan mengoksidasi malat. Molekul lain dari NADH yang dihasilkan.

Pengaturan siklus asam sitrat

Pengaturan alosterik dari siklus asam sitrat cukup mudah. Molekul yang terlibat adalah semua substrat / produk jalur atau molekul yang terlibat dalam transfer energi. Substrat / produk yang mengatur atau mempengaruhi jalur termasuk asetil-KoA dan suksinil-KoA.

Inhibitor dan aktivator

Indikator molekul energi tinggi, seperti ATP dan NADH akan cenderung menghambat siklus dan indikator energi rendah (NAD +, AMP, dan ADP) akan cenderung mengaktifkan siklus. Dehidrogenase piruvat, yang mengkatalisis pembentukan asetil-KoA untuk masuk ke dalam siklus dihambat secara alosterik oleh produknya (asetil-KoA), serta oleh NADH dan ATP.

Enzim yang diatur

Enzim yang diatur dalam siklus tersebut termasuk sintase sitrat (dihambat oleh NADH, ATP, dan suksinil-CoA), isocitrate dehydrogenase (dihambat oleh ATP, diaktivasi oleh ADP dan NAD +), dan α-ketoglutarat dehidrogenase (dihambat oleh NADH dan suksinil-CoA dan diaktifkan oleh AMP).

Jalur anaplerotik / kataplerotik

Siklus asam sitrat adalah jalur katabolik penting yang mengoksidasi asetil-KoA menjadi CO2 dan menghasilkan ATP, tetapi juga merupakan sumber penting molekul yang dibutuhkan oleh sel dan mekanisme untuk mengekstraksi energi dari asam amino dalam pemecahan protein dan produk pemecahan lainnya. Kemampuan siklus asam sitrat untuk mensuplai molekul sesuai kebutuhan dan untuk menyerap produk sampingan metabolik memberikan fleksibilitas yang tinggi pada sel. Ketika perantara siklus asam sitrat diambil dari jalur untuk membuat molekul lain, istilah yang digunakan untuk mendeskripsikan ini adalah kataplerotik, sedangkan ketika molekul ditambahkan ke jalur, prosesnya digambarkan sebagai anaplerotik.

Molekul kataplerotik

Molekul kataplerotik utama siklus asam sitrat meliputi α-ketoglutarat, suksinil-KoA, dan oksaloasetat. Transaminasi α-ketoglutarat dan oksaloasetat masing-masing menghasilkan asam amino glutamat dan asam aspartat. Oxaloacetate penting untuk produksi glukosa dalam glukoneogenesis.

Glutamat memainkan peran yang sangat penting dalam pergerakan nitrogen melalui sel melalui glutamin dan molekul lain dan juga diperlukan untuk sintesis purin. Aspartat adalah prekursor asam amino lain dan untuk produksi nukleotida pirimidin. Suksinil-KoA diperlukan untuk sintesis porfirin, seperti gugus heme dalam hemoglobin, mioglobin, dan sitokrom.

Sitrat merupakan sumber asetil-KoA yang penting untuk membuat asam lemak. Ketika konsentrasi sitrat tinggi (seperti ketika siklus asam sitrat bergerak lambat atau dihentikan), ia akan bergerak melintasi membran mitokondria ke dalam sitoplasma dan dipecah oleh enzim sitrat lyase menjadi oksaloasetat dan asetil-KoA. Yang terakhir adalah prekursor untuk sintesis asam lemak di sitoplasma.

Molekul anaplerotik

Molekul anaplerotik yang mengisi ulang zat antara siklus asam sitrat termasuk asetil-KoA (dibuat di banyak jalur, termasuk oksidasi asam lemak, dekarboksilasi piruvat, katabolisme asam amino, dan pemecahan badan keton), α-ketoglutarat (dari metabolisme asam amino), suksinil-KoA ( dari metabolisme asam propionat), fumarat (dari siklus urea dan metabolisme purin), malat (karboksilasi PEP pada tumbuhan), dan oksaloasetat (banyak sumber, termasuk katabolisme asam amino dan aksi karboksilase piruvat pada piruvat dalam glukoneogenesis)

Produk Siklus Asam Sitrat

Dua atom karbon masuk ke dalam siklus asam sitrat dari masing-masing kelompok asetil, yang mewakili empat dari enam karbon dari satu molekul glukosa. Dua molekul karbon dioksida dilepaskan pada setiap pergantian siklus; Namun, ini tidak selalu mengandung atom karbon yang ditambah terakhir. Dua atom karbon asetil pada akhirnya akan dirilis pada putaran selanjutnya dari siklus; dengan demikian, semua enam atom karbon dari molekul glukosa asli akhirnya dimasukkan ke dalam karbon dioksida. Setiap pergantian siklus membentuk tiga molekul NADH dan satu molekul FADH2. Operator-operator akan terhubung dengan bagian terakhir dari respirasi aerobik untuk menghasilkan molekul ATP. Satu GTP atau ATP juga dibuat pada setiap siklus. Beberapa senyawa antara dalam siklus asam sitrat dapat digunakan dalam sintesis asam amino non-esensial; Oleh karena itu, siklus ini amphibolic (baik katabolik dan anabolik).

Kosa kata

  • siklus asam sitrat adalah serangkaian reaksi kimia yang digunakan oleh semua organisme aerobik untuk menghasilkan energi melalui oksidasi asetat yang berasal dari karbohidrat, lemak, dan protein menjadi karbon dioksida.
  • siklus Krebs adalah serangkaian reaksi enzimatik yang terjadi pada semua organisme aerobik; melibatkan metabolisme oksidatif unit asetil dan berfungsi sebagai sumber utama energi sel.
  • mitokondria, dalam biologi sel, adalah membran-tertutup organel, sering digambarkan sebagai “pembangkit listrik seluler” karena mereka menghasilkan sebagian besar ATP

Ringkasan

  • Empat-karbon molekul, oksaloasetat, yang dimulai siklus dibuat ulang setelah delapan langkah dari siklus asam sitrat.
  • Delapan langkah siklus asam sitrat adalah serangkaian reaksi redoks, dehidrasi, hidrasi, dan dekarboksilasi.
  • Setiap pergantian siklus membentuk satu GTP atau ATP serta tiga molekul NADH dan satu FADH2 molekul, yang akan digunakan dalam langkah-langkah lebih lanjut dari respirasi selular untuk menghasilkan ATP untuk sel.