Siklus Asam Sitrat Dan Fosforilasi Oksidatif

29
Siklus Asam Sitrat (TCA)

Transcript of Siklus Asam Sitrat Dan Fosforilasi Oksidatif

Page 1: Siklus Asam Sitrat Dan Fosforilasi Oksidatif

Siklus Asam Sitrat (TCA)

Page 2: Siklus Asam Sitrat Dan Fosforilasi Oksidatif

Siklus asam sitrat

• Siklus asam sitrat merupakan suatu rangkaian reaksi biokimia dalam organisme aerobik untuk memperoleh energi (ATP) yang tersimpan dalam asetil-KoA.

• Asetil-KoA adalah produk reaksi katabolik dari karbohidrat, lipid dan asam amino.

• Siklus asam sitrat terjadi dalam mitokondria.• Piruvat (dari glikolisis) diubah menjadi asetil-KoA oleh

enzim kompleks piruvat dehidrogenase.

Page 3: Siklus Asam Sitrat Dan Fosforilasi Oksidatif

Perubahan piruvat menjadi asetil-KoA

• Reaksi ini menghasilkan energi dalam bentuk NADH.• Bila ada dua piruvat untuk masing-masing molekul glukosa

hasil glikolisis, maka akan dihasilkan 2 NADH yang energinya setara dengan 5 ATP

Page 4: Siklus Asam Sitrat Dan Fosforilasi Oksidatif

TCA

Siklus asam sitrat/TCA

Page 5: Siklus Asam Sitrat Dan Fosforilasi Oksidatif
Page 6: Siklus Asam Sitrat Dan Fosforilasi Oksidatif

Reaksi yang menghasilkan energi

1. Isositrat → a-ketoglutarat

Page 7: Siklus Asam Sitrat Dan Fosforilasi Oksidatif

2. a-ketoglutarat → suksinil-KoA

3. Suksinil-KoA → suksinat

Page 8: Siklus Asam Sitrat Dan Fosforilasi Oksidatif

4. Suksinat → fumarat

5. Malat → oksaloasetat

Page 9: Siklus Asam Sitrat Dan Fosforilasi Oksidatif

• 3 NADH = 3 x 2,5 ATP = 7,5 ATP• 1 GTP = 1 ATP• 1 FADH2 = 1 x 1,5 ATP = 1,5 ATP

Net energi yang dihasilkan :

10 ATP

Untuk dua molekul asetil-KoA akan dihasilkan 20 ATP

NB:Pada fosforilasi oksidatif, aliran 2 elektron dari FADH2 ke O2 akan menghasilkan produksi 1,5 ATP

Page 10: Siklus Asam Sitrat Dan Fosforilasi Oksidatif

Jumlah total energi yang dihasilkan untuk oksidasi satu molekul glukosa sampai masuk ke siklus TCA:

1. Glikolisis : glukosa → 2 piruvat = 7 ATP

2. 2 piruvat → 2 asetil-KoA = 5 ATP

3. 2 asetil-KoA masuk ke siklus TCA = 20 ATP

Maka jumlah total energi = 32 ATP

Page 11: Siklus Asam Sitrat Dan Fosforilasi Oksidatif
Page 12: Siklus Asam Sitrat Dan Fosforilasi Oksidatif

Regulasi aliran metabolit dari piruvat melalui siklus asam sitrat(TCA)

• Kompleks piruvat dehidrogenase dihambat secara allosterik jika rasio [ATP]/[ADP], [NADH]/[NAD+] dan [Asetil-KoA/ KoA] tinggi. Jika rasio di atas rendah maka terjadi aktivitas allosterik dari oksidasi piruvat.

• Kecepatan aliran dari siklus asam sitrat dapat dibatasi oleh ketersediaan dari substrat sitrat sintetase (oksaloasetat, asetil-KoA atau NAD+) yang selajutnya dapat menghambat tahap oksidasi yang tergantungt pada NAD.

• Inhibisi umpan balik oleh suksinil-KoA, sitrat, dan ATP juga memperlambat siklus dg menginhibisi step awal.

• Dalam jaringan otot, Ca2+ pemberi signal kontraksi, menstimulasi metabolisme penghasil energi untuk mengganti ATP yang dipakai waktu kontraksi.

Page 13: Siklus Asam Sitrat Dan Fosforilasi Oksidatif

Regulasi siklus TCA

Page 14: Siklus Asam Sitrat Dan Fosforilasi Oksidatif
Page 15: Siklus Asam Sitrat Dan Fosforilasi Oksidatif

FOSFORILASI OKSIDATIF

Page 16: Siklus Asam Sitrat Dan Fosforilasi Oksidatif

Fosforilasi oksidatif

• Fosforilasi oksidatif merupakan kulminasi dari metabolisme penghasil energi dalam organisme aerobik.

• Dalam sel eukariot, fosforilasi oksidatif terjadi dalam mitokondria; fotofosforilasi oksidatif terjadi dalam kloroplas.

• Pada fosforilasi oksidatif: energi yang dihasilkan pada semua tahapan degradasi karbohidrat, lipid dan asam amino, digunakan untuk mensintesis ATP.

• Fotofosforilasi terjadi pada organisme fotosintetik, energi cahaya ditangkap kemudian dirubah menjadi ATP.

• Fosforilasi oksidatif meliputi reduksi O2 menjadi H2O dg elektron dari NADH dan FADH2; dapat terjadi dlm keadaan terang maupun gelap.

• Fotofosforilasi melibatkan oksidasi H2O menjadi O2 dengan NADP+ sebagai akseptor elektron; tergantung dari adanya cahaya.

Page 17: Siklus Asam Sitrat Dan Fosforilasi Oksidatif

Mekanisme fosforilasi/fotofosforilasi

1. Melibatkan aliran elektron melalui carrier/pembawa yang terikat ke membran mitokondria.

2. Energi bebas yang dihasilkan dari perpindahan elektron ini, digunakan untuk memompa proton transmembran, sehingga menghasilkan potensial elektrokimia.

3. Aliran proton transmembran ini, menurunkan gradien konsentrasi proton, melewati chanel protein spesifik, sehingga menghasilkan energi bebas untuk sintesis ATP, yang dikatalisis oleh kompleks protein membran (ATP sintase) yang menghubungkan aliran proton dengan fosforilasi ADP.

Page 18: Siklus Asam Sitrat Dan Fosforilasi Oksidatif

Reaksi Transfer Elektron terjadi di Mitokondria

Page 19: Siklus Asam Sitrat Dan Fosforilasi Oksidatif

Fosforilasi oksidatif

• Dimulai dengan masuknya elektron ke rantai respirasi.• Elektron ini berasal dari kerja enzim dehidrogenase yang

mengumpulkan elektron dari proses katabolisme dan menyalurkannya ke akseptor elektron universal, yaitu nukleotida nikotonamida (NAD+ dan NADP+) atau nukleotida flavin (FMN atau FAD).

• Dehidrogenase-NAD+/NADP+ mengkatalisis reaksi reversible :

Page 20: Siklus Asam Sitrat Dan Fosforilasi Oksidatif

Fosforilasi oksidatif

• Terjadi pengaliran elektron dari senyawa organik (NADH/NADPH dan FADH2) menuju Oksigen, menghasilkan energi untuk membuat ATP dari ADP dan fosfat.

• Pentingnya fosforilasi oksidatif: laki-laki dewasa : 70 kg perlu 2800 kkal energi per hari energi ini bisa dihasilkan oleh: 2800/7,3 = 384 mol ATP atau =

190 kg ATP Total ATP yang terdapat dalam tubuh hanya ± 50 gr. ATP yang 50 gr ini diuraikan menjadi ADP + Pi dan disintesis

kembali ribuan kali untuk memenuhi kebutuhan energi.

Page 21: Siklus Asam Sitrat Dan Fosforilasi Oksidatif

Terdapat delapan carrier elektron pada rantai respirasi yang mengalirkan elektron dari NADH ke O2, yaitu :

NADH

NADH dehidrogenase (FMN)

Ubiquinon/ Koenzim Q

Cytokrom b

Cytokrom c1

Cytokrom c

Cytokrom a

Cytokrom a3

O2Energi bebas yang dihasilkan oleh aliran elektron ini yang digunakan untuk sintesis ATP. ½ O2 + 2H+ → H2O

Page 22: Siklus Asam Sitrat Dan Fosforilasi Oksidatif
Page 23: Siklus Asam Sitrat Dan Fosforilasi Oksidatif

Ubiquinon/ koenzim Q

Page 24: Siklus Asam Sitrat Dan Fosforilasi Oksidatif

Carrier elektron pada mitokondria dibagi menjadi empat kompleks :

1. Kompleks I : NADH ke ubiquinon, disebut juga NADH:ubiquinon oksidoreduktase atau NADH dehidrogenase. Merupakan enzim yang besar, terdiri dari 42 polipeptida, FMN dan pusat besi-sulfur. Mentransfer elektron dari NADH ke ubiquinon

2. Kompleks II : Suksinat ke ubiquinon, disebut juga suksinat dehidrogenase. Mentransfer elektron dari FADH ke ubiquinon

3. Kompleks III : ubiquinon ke cytokrom c, disebut juga kompleks cytokrom bc1 atau ubiquinon:cytokrom c oksidoreduktase. Mentransfer elektron dari ubiquinol (QH2) ke cytokrom c.

4. Kompleks IV : cytokrom c ke O2, disebut juga cytokrom oksidase. Membawa elektron dari cytokrom c ke oksigen, dan mereduksinya menjadi H2O. Merupakan enzim yang besar.

Page 25: Siklus Asam Sitrat Dan Fosforilasi Oksidatif

Kesimpulan aliran elektron dan proton melalui empat kompleks pada rantai respirasi

Page 26: Siklus Asam Sitrat Dan Fosforilasi Oksidatif

ZAT PENGHAMBAT PENGANGKUTAN ELEKTRON

Page 27: Siklus Asam Sitrat Dan Fosforilasi Oksidatif

Mekanisme fosforilas oksidatif

• Fosforilasi bersifat oksidasi pada rantai pernafasan terdiri dari mekanisme yang dirangkai secara terkoordinasi sehingga menghasilkan ATP dari ADP + Pi dan reduksi O2 menjadi H2O

• Sintesis ATP dari ADP + Pi dikatalisis oleh ATP syntase yang terdapat pada permukaan membran dalam mitokondria.

• Mekanisme pengangkutan elektron sepanjang rantai pernafasan juga terdapat pada membran dalam mitokondria.

Page 28: Siklus Asam Sitrat Dan Fosforilasi Oksidatif

Bagaimana rantai pengangkutan elektron bekerja sama dengan ATPase untuk menghasilkan ATP?

Hipotesis perangkaian secara osmosis (chemiosmotic model).• Transport e- yang terjadi pada membran dalam berfungsi untuk

memompa H+ (proton) dari matriks ke medium sebelah luar.• Sehingga terbentuk gradien H+, asam diluar, basa didalam

matriks.• Terjadi gradien elektrokimia H+, karena bagian luar lebih

elektropositif daripada bagian dalam.• Ion H+ kemudian mengalir kembali ke dalam matriks mitokondria

melalui suatu pori khusus bagi H+ pada FoF1ATP syntase.• Energi yang dibebaskan pada saat H+ mengalir kembali melalui

ATPase menyebabkan sintesis ATP dari ADP.

Page 29: Siklus Asam Sitrat Dan Fosforilasi Oksidatif

Model Chemiosmotic