Piruvat Karboksilase

Kelompok 81. Arfenda Harum L2. Atika K.W.3. Dana Nuriyana4. Findyta Novia F5. Imam SantosoYang harus ditambah:Komponen enzimApoenzimKoenzim Katalisator

FungsiCiri:Struktur molekulFungsi a;lasan namanyaBisa mengikat apa Melepas apa

Enzim yang berperan dalam siklus krebsEnzim piruvat dehidrogenaseEnzim sitrat sintetaseEnzim akonitaseEnzim isositrat dehidrogenaseEnzim -ketoglutarat dehydrogenaseEnzim suksinil-coA sintetaseEnzim suksinat dehidrogenaseEnzim fumaraseEnzim malat dehidrogenase

Dekarboksilasi oksidatif piruvat untuk membentuk asetil KoA, yang berlangsung dalam matriks mitokondria, merupakan penghubung antara glikolisis dengan daur Krebs.Piruvat + KoA + NAD+------> CO2+ asetll-KoA + NADH + H+Reaksi tersebut dikatalisis olehkompleks piruvat dehidrogenase(PDH). Kompleks enzim ini terdiri dari tiga macam enzim, yaitu:Piruvat dehidrogenase, Dehidrolipil transasetilase, dan Dihidrolipoil dehidrogenase.Tiamin pirofosfat(TPP),lipoamidadan FAD bertindak sebagaikofaktor katalitik, di samping KoA dan NAD+yang merupakankofaktor stoikiometri.Selama proses oksidasi, dihasilkan nikotinamida adenin dinukleotida tereduksi (NADH) dan flavin adenin dinukleotida tereduksi (FADH2). NADH dan FADH2digunakan untuk menggerakkan prosesfosforilasi oksidatif, dan mengkonversi menjadi ATP

Berperan dalam metabolisme yaitu enzim dalam siklus krebs dan glukoneogenesis.Mengkatalisis reaksi dimana piruvat diubah menjadi oksaloasetat, merupakan awal dari siklus TCA dimana nantinya akan diubah menjadi sitrat, titik awal dari glukoneogenesis.Terletak umumnya dalam bagian mitokondria dari sel, dimana merupakan tempat yang berperan utama dalam metabolisme. Piruvat dehidrogenaseenzim dehidrogenase memerlukan NAD+ DAN NADP+. Enzim dehidrogenase mengkatalisis reaksi pemindahan hidrogen dari substrat ke dalam bagian cincin nikotinamid. Dasar spesifisitas ini juga terjadi pada jenis dehidrogenase lain seperti alkohol dehidrogenase, laktat dehidrogenase dan gliseraldehid-3-P- dehidrogenase dalam hati. Pyruvate dehydrogenerase complex membutuhkan lima koenzim.

adanya kombinasi antara dehidrogenase dan dekarboksilasi dari piruvat menjadi asetil-CoA dengan menggunakan tiga enzim yang berbeda sebagai katalis dan lima coenzim yaitu Thiamine pyrophosphate (TPP), flavin adenine dinueleotide (FAD), coenzim A (CoA), nicotinamide adenine dinucleotide (NAD), dan lipoate. Sedangkan empat vitamin yang dibutuhkan dalam nutrisi tubuh yaitu tiamin (dalam TPP), riboflavin (dalam FAD), niasin (dalam NAD) dan pantotenat (dalam KoA). Koenzim A mempunyai gugus tiol yang rekatif (-SH) yang berperan pada KoA sebagai pembawa asil pada reaksi metabolik. Gugus asil berikatan kovalen ke gugus tiol, membentuk tioester

Enzim dari kelas ligase protein mitokondria Enzim dalam siklus TCA dan glukoneogenesis Mengandung gugus biotin prostetik Memerlukan Mg atau Mn dan asetil-CoA untuk aktif Terbentuk di hati Tergantung oleh ATP Kompleks Piruvat Dehidrogenase Terdiri dari Tiga Enzim PDH kompleks mengandung tiga enzim yaitu piruvat dehidrogenase (E1), dihidrolipoil transasetilase (E2) dan dihidrolipoil dehidrogenase (E3)

Core (hijau) terdiri dari 60 molekul pada E2 , yang disusun dalam 20 trimer untuk membentuk suatu dodecahedron pentagonal. Lalu domain lipoil pada E 2 (biru) menjangkau keluar untuk menyentuh sisi aktif molekul E 1(kuning) yang disusun pada core E 2 . Lalu subunit E 3 (merah) juga mengikat ke core, mengikuti lengan terakhir pada E 2 yang dapat menjangkau sisi aktifnya. E2 mengandung tiga tipeikatan domain : amino-terminal domain lipoil, yang mengandung lipoil-residu lisin; pusat E 1 dan E3 ikatan domain dan iner-core domain asiltransferase, yangmengandung sisi aktif asil transferase.Aktif site pada E1 berikatan dengan TPP dan E3 berikatan dengan FAD. Bagian kompleks tersebut terdiri dari dua protein regulasi. Pada dasarnya E1-E2- E3 merupakan suatu reaksi oksidasi dari -ketoglutarate pada siklus asam sitrat dan reaksi oksidasi antara asam -keto yang merupakan turunan dari pemecahan rantai cabang asam amino valine, isoleusine dan leusine.

Struktur enzim piruvat karboksilase :

Reaksi yang terjadi

Biotin + ATP + HCO3- carboxybiotin + ADP + PiCarboxybiotin + pyruvate biotin + oxaloacetate Piruvat karboksilase juga aktif secara allosterik oleh asetil Coenzim A

Enzim sitrat ada di hampir semua sel hidup dan berdiri sebagai enzim pada langkah pertama dari Siklus Krebs. Sitrat sintase terlokalisir dalam sel eukariotik di matriks mitokondria , tapi dikodekan oleh DNA nuklir dari mitokondria. Bersifat ireversibelInhibitor enzim ini berupa reaksi dengan konsentrasi tinggi dari ATP:ADP, asetil koA:koA dan NADH: NAD. Dihambat juga oleh suksinil koA yang menyerupai asetil koA dan bertindak sebagai inhibitor kompetitifSitrat menghambat reaksi dan menjadi salah satu contoh produk dari reaksi tersebutlaju sintesis sitrat dipengaruhi oleh perubahan konsentrasi asetil-CoA dan oksaloasetat.). Konsentrasi tinggi dari suksinil-CoA dan sitrat menghambat sintase sitrat dengan bertindak sebagai inhibitor alosterik. Regulator alosterik lain dari reaksi ini adalah NADH dan ATP, dimana konsentrasi sebanding energi sel. Sebuah sel beristirahat memiliki perbandingan NADH / + NAD dan ATP / ADP tinggi. Sel menjadi aktif secara metabolik, konsentrasi NADH dan ATP menurun. Akibatnya, enzim kunci seperti sitrat sintase menjadi lebih aktif.

Asam sitrat Citrate synthetase mecanism

oksaloasetatReaksi pertama daur Krebs adalah reaksi kondensasi, yaitu bergabungnya suatu unit emapt karbon, oksaloasetat, dengan suatu unit dua karbon, gugus asetil dari asetil KoA. Asetil KoA bereaksi dengan oksaloasetat dan air menghasilkan sitrat dan KoA. Reaksi ini dikatalisis oleh sitrat sintaseAsetil koA bereaksi dengan oksaloasetat untuk membentuk sitrat dan koenzim A dalam suatu reaksi yang dikatalis oleh sitrat sintasemenyebabkan sintesis ikatan karbon ke karbon di antara atom karbon metil pada asetil KoA dengan atom karbon karbonil pada oksaloasetat. Reaksi kondensasi, yang membentuk sitril KoA, diikuti oleh hidrolisis ikatan tioester KoA yang disertai dengan hilangnya energi bebas dalam bentuk panas dalam jumlah besar, memastikan reaksi tersebut selesai dengan sempurna.Asetil KoA + Oksaloasetat + H2O Sitrat + KoA

Karbon metil dari gugus asetil bergabung bersama gugus karbonil dari oksaloasetat. Sitroil-KoA terbentuk sebagai zat antara pada sisi aktif enzim. Secara cepat reaksi hidrolisis terjadi, KoA dan sitrat dibebaskan dari sisi aktif. KoA yang dibebaskan pada reaksi ini diperbaharui untuk menjalani dekarboksilasi oksidatif dengan molekul piruvat lain oleh kompleks PDH. Sitrat sintase dari mitokondria dikristalkan dan divisualisasi oleh difraksi sinar-X dengan ada atau tidak adanya substrat dan inhibitor. Oksaloasetat, substrat pertama terikat pada enzim, menyebabkan perubahan konformasi pada daerah yang fleksibel, membentuk sisi pengikatan dengan substrat kedua, yaitu asetil- KoA. Ketika sitroil-KoA dibentuk pada sisi aktif enzim, perubahan konformasi lain menyebabkan hidrolisis tioester, melepaskan KoA-SH. Reaksi ini dikatalis oleh sitrat sintase dengan mekanisme kerja kondensasi Claisen, menghasilkan tioester (asetil-KoA) dan keton (oksaloasetat). Aconitase Merupakan proses isomerasi yang merubah sitrat menjadi isositratTerdapat dua tahap yaitu :Dehidrasi membentuk cis-aconitaseRehidrasi membentuk isositratReaksi aconitase dengan sitrat bersifat asimetrik yg menyebabkan 2 atom karbon hilang.Bersifat reversibleEnzim akonitaseEnzim ini berperan dalam pembentukan senyawa antar asam cis akonitat.Akonitase merupakan enzim yang mengkatalisis penambahan air secara reversible pada reaksi pembentukan senyawa asam cis akonitat.Akonitase terdiri dari pusat besi-sulfur, yang berperan dalam pengikatan substrat pada sisi aktif dan dalam adisi katalitik atau penghilangan molekul H2O. Pada sel- sel yang kehabisan molekul besi, akonitase akan melepaskan pusat besi-sulfur dan memperoleh jalur baru dalam regulasi homeostatis besi.

Isositrat dehidrogenaseUmumnya berupa homodimer (gabungan 2 subunit monomer identik)Disusun oleh 14- heliks dan 18 -sheet, heliks berada pada seluruh struktur, sedangkan -sheet berada pada pusat strukturUmumnya berupa homodimer (gabungan 2 subunit monomer identik) Mengkatalisis dekarboksilasi oksidatif isositrat menghasilkan sebuah molekul -ketoglutaratReaksi irreversibel dengan perubahan energi bebas standarSisi aktif IDH mengikat molekul NAD+ /NADP+ serta ion Mg2+ /Ca2+ yang penting untuk proses katalisisIsositrate berikatan dengan sisi aktif menggunakan 8 asam amino dengan urutan Tyr, Asn, Ser, Arg, Arg, Arg, Tyr, dan Lys

Struktur isositrat dehidrogenase

Reaksi katalis

Tahap reaksiTerdiri dari dua tahap reaksi:Oksidasi isositrat (alkohol sekunder) menjadi oksalosuksinat (keton) memerlukan NAD+Dekarboksilasi gugus karboksil beta ke keton membentuk alfa keto glutarat memerlukan Mn2+/Mg2+Reaksi umum:Isositrate + NADP+ Mg2+( ion logam) alfa-ketoglutarat + NADPH + H+ + CO2

Mekanisme ReaksiAda 3 jenis isozim isositrat dehidrogenase :satu jenis isozim menggunakan NAD+ (intramitokondria) . isozim ini hanya ditemukan di dalam mitokondria NADH + H+ yg terbentuk akan diteruskan dalam rantai respirasiDua jenis isozim yg lain menggunakan NADP+ dan ditemukan di luar mitokondria (ekstramitokondria) dan sitoso

Enzim -ketoglutarat dehydrogenase kompleksFungsi enzim alpha-ketoglutarat dehidrogenase adalah mengubah alpha- ketoglutarat menjadi suksinil-KoA dalam reaksi dekarboksilasi oksidatif alpha-ketoglutarat pada siklus asam sitrat.Aktivitas enzim alpha-ketoglutarat dehidrogenase optimum pada suhu 37C dan pH 7. Kadar enzim berbanding lurus dengan kecepatan reaksi. Semakin banyak jumlah enzim, reaksi yang terkatalisa akan semakin cepat. Aktivitas enzim alpha-ketoglutarat dehidrogenase didukung dengan aktivator berupa ion Ca2+, dan akan berkurang jika ada inhibitor yaitu retenon. Bersifat irreversible

Ketoglutarat dehidrogenase mirip dengan struktur dan fungsi kompleks PDH; dimana ini terdiri dari tiga enzim yang homolog dengan E1, E2, dan E3 dari kompleks PDH, dan juga pengikatan enzim dengan TPP, ikatan lipoate, FAD, NAD dan konzim A.

Enzim -ketoglutarat dehydrogenase kompleksMekanisme persamaan reaksi yang dikatalis oleh Enzim -ketoglutarat dehydrogenase

Enzim suksinil-coA sintetaseMembentuk Suksinat + CoA-SH + GTP dari Suksinil-KoA + GDP + Pi + H2O .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.Suksinil-KoA sintetase berperan dalam memasangkan dua molekul dengan hidrolisis ATP atau nukleotida trifosfat lainnya. Maka enzim ini digolongkan menjadi enzim sitetase.Reaksi dengan enzim ini sifatnya reversible atau dapat balik.Suksinil-KoA, seperti juga asetil-CoA, memiliki ikatan tioester dengan energi bebas standard dari hidrolisis yang bernilai sangat negative (-36kJ/mol). Pada tahap selanjutnya dalam siklus asam sitrat, energi yang dibebaskan pada saat pemutusan ikatan digunakan dalam sintesis ikatan fosfoanhidrid pada GTP atau ATP,

Suksinat dehydrogenase

ReversibelOksidasi suksinat menjadi fumaratBekerja pada membrane mitokondriaAkseptor dengan FADKompleks suksinat dehidrogenase terdiri dari beberapa rantai polipeptidaterdiri dari tiga kelas besi-sulfur berbeda dan satu molekul yang mengikat FAD secara kovalen

Tahap reaksi kondensasi antara asetil Koenzim A dengan oksalo asetat merupakan reaksi kontrol utama dari laju Daur Krebs. Reaksi ini dapat dihambat oleh Suksinil koenzim-A secara persaingan alosterik terhadap enzim sitrat sintaseKontrol lainnya: 1)Reaksi isositrat dehidrogenase dapat dirangsang oleh ADP dan dihambat oleh ATP atau NADH. 2) Suksinat dehidrogenase dapat dihambat oleh oksalo asetat dan dirangsang oleh suksinat, fosfat,ATP dan ubiquinon.jadi perubahan yg terjadi dalam metabolisme menyebabkan perubahan laju reaksi Daur Krebs

Fumarase

Mengkatalis reaksi reversible dehidrasi fumarat menjadi malatBerada di mitokondria dan sitosolDi mitokondira untuk siklus kreb di sitosol untuk metabolism asam amino dan fumaratJenis enzim lyase mengkatalis reaksi pemutusan ikatanFumarase mempunyai 2 buahbikarboksilat binding site, A dan B yg terpisah 12A. A site sisi katalitik utama, B site perpanjangan dari A siteFumarase

Bersifat reversibleStruktur transisi dari reaksi ini yaitu berupa karbanion: Enzim fumarase bekerja secara stereospesifik; mengkatalis hidrasi trans ikatan rangkap dua fumarat tetapi tidak pada cis ikatan rangkap dua maleat (isomer cis dari fumarat). Secara reverse (dari L-malat menjadi fumarat), fumarase sangatlah stereospesifik: D-malat tidak dipilihnya sebagai substrat)Malat dehydrogenase

Mengkatalisis dengan NAD+ secara reversibleMalat menjadi oksaloasetatStruktur: setiap sub unit memiliki domain yang berbeda. Parallel beta sheet membuat domain. Struktur 4 beta sheet dan alfa helik menjadi binding site untuk nad+. Semua subunit terikat oleh ikatan hydrogen

Malat