Siklus asam sitrat pada metabolisme karbohidrat, lipid dan protein

Siklus asam sitrat

Siklus asam sitrat (bahasa Inggris: citric acid cycle, tricarboxylic acid cycle, TCA cycle, Krebs cycle, Szent-Györgyi-Krebs cycle) adalah sederetan jenjang reaksi metabolisme pernapasan selular yang terpacu enzim yang terjadi setelah proses glikolisis, dan bersama-sama merupakan pusat dari sekitar 500 reaksi metabolisme yang terjadi di dalam sel.^[2] Lintasan katabolisme akan menuju pada lintasan ini dengan membawa molekul kecil untuk diiris guna menghasilkan energi, sedangkan lintasan anabolisme merupakan lintasan yang bercabang keluar dari lintasan ini dengan penyediaan substrat senyawa karbon untuk keperluan biosintesis.
Metabolom dan jenjang reaksi pada siklus ini merupakan hasil karya Albert Szent-Györgyi and Hans Krebs.
Pada sel eukariota, siklus asam sitrat terjadi pada mitokondria, sedangkan pada organisme aerob, siklus ini merupakan bagian dari lintasan metabolisme yang berperan dalam konversi kimiawi terhadap karbohidrat, lemak dan protein - menjadi karbon dioksida, air, dalam rangka menghasilkan suatu bentuk energi yang dapat digunakan. Reaksi lain pada lintasan katabolisme yang sama, antara lain glikolisis, oksidasi asam piruvat dan fosforilasi oksidatif.
Produk dari siklus asam sitrat adalah prekursor bagi berbagai jenis senyawa organik. Asam sitrat merupakan prekursor dari kolesterol dan asam lemak, asam ketoglutarat-alfa merupakan prekursor dari asam glutamat, purina dan beberapa asam amino, suksinil-KoA merupakan prekursor dari heme dan klorofil, asam oksaloasetat merupakan prekursor dari asam aspartat, purina, pirimidina dan beberapa asam amino.^[3]

Siklus asam sitrat dimulai dengan satu molekul asetil-KoA bereaksi dengan satu molekul H₂O, melepaskan gugus koenzim-A, dan mendonorkan dua atom karbon yang tersisa dalam bentuk gugus asetil kepada asam oksaloasetat yang memiliki molekul dengan empat atom karbon, hingga menghasilkan asam sitrat dengan enam atom karbon.^[4][5]

	Substrat	Produk	Enzim	Reaksi	Keterangan
1	Oksaloasetat + Asetil-KoA	Asam sitrat + CoA-SH + H+	Sitrat sintase	Hidrolisis	Setelah enzim sitrat sintase melepaskan satu ion H+ dari molekul CH3 gugus asetil dari asetil-KoA, molekul CH2- pada gugus asetil tersebut akan bereaksi dengan asam oksaloasetat membentuk metabolit S-sitril-KoA. Reaksi hidrolisis yang terjadi selanjutnya pada gugus koenzim-A akan mendorong reaksi hingga menghasilkan tiga jenis produk.
2	Asam sitrat	cis-Asonitat + H2O	Asonitase	Dehidrasi	Reaksi isomerisasi terjadi dengan dua tahap, enzim asonitase akan melepaskan gugus air dari asam sitrat membentuk metabolit cis-Asonitat, kemudian terjadi penambahan kembali molekul air dengan pergeseran lokasi gugus hidroksil dan menghasilkan isomer asam sitrat.
3	cis-Asonitat + H2O	Isositrat		Hidrasi
4	Isositrat + NAD+	Oksalosuksinat + NADH + H +	Isositrat dehidrogenase	Oksidasi	Enzim isositrat dehidrogenase bersama dengan koenzim NAD+ akan mengubah gugus karboksil menjadi gugus karbonil, membentuk senyawa intermediat yang disebut oksalosuksinat. Eksitasi oleh ion H+ akan menyebabkan oksalosuksinat melepaskan gugus COO- yang tidak stabil dan membentuk senyawa CO2.
5	Oksalosuksinat	Ketoglutarat-α + CO2		Dekarboksilasi
6	Ketoglutarat-α + NAD+ + CoA-SH	Suksinil-KoA + NADH + H+ + CO2	Ketoglutarat-α dehidrogenase	Dekarboksilasi	Kompleks dehidrogenase ketoglutarat-alfa mirip kompleks piruvat dehidrogenase yang menjadi enzim pada transformasi asam piruvat menjadi asetil-KoA. Bersama dengan koenzim NAD+ akan mempercepat oksidasi yang membentuk koenzim baru, disebut suksinil-KoA, yang memiliki ikatan tioester antara koenzim-A dengan gugus suksinil.
7	Suksinil-KoA + GDP + Pi + H2O	Suksinat + CoA-SH + GTP	Suksinil-KoA sintetase	fosforilasi substrat	Senyawa Pi akan menggantikan gugus CoA pada suksinat, kemudian didonorkan ke GDP untuk membentuk GTP. Pada bakteri dan tumbuhan, gugus Pi akan didonorkan ke ADP guna menghasilkan ATP.
8	Suksinat + FAD	Fumarat + FADH2	Suksinat dehidrogenase	Oksidasi	Koenzim FAD akan menarik dua atom hidrogen dari suksinat. Reaksi ini tidak terjadi di dalam matriks mitokondria, tetapi terjadi pada antarmuka antara matriks mitokondria dan rantai transpor elektron yang disebut suksinat dehidrogenase yang melintang pada membran mitokondria bagian dalam, enzim ini sering juga disebut "kompleks II".
9	Fumarat + H2O	Malat	Fumarase	Hidrasi	Reaksi penambahan molekul air pada fumarat akan menjadi gugus hidroksil pada senyawa baru.
10	Malat + NAD+	Oksaloasetat + NADH + H+	Malat dehidrogenase	Oksidasi	Reaksi oksidasi yang terakhir akan mengubah gugus hidroksil menjadi karbonil dan menghasilkan senyawa pertama siklus sitrat, yaitu asam oksaloasetat.