Seperti konversi piruvat menjadi asetil CoA, siklus asam sitrat terjadi dalam matriks mitokondria. Hampir semua enzim siklus asam sitrat yang dapat larut, dengan pengecualian tunggal dehidrogenase enzim suksinat, yang tertanam dalam membran dalam mitokondria. Tidak seperti glikolisis, siklus asam sitrat adalah loop tertutup: bagian terakhir dari jalur meregenerasi senyawa yang digunakan dalam langkah pertama. Delapan langkah siklus adalah serangkaian reaksi redoks, dehidrasi, hidrasi, dan dekarboksilasi yang menghasilkan dua molekul karbon dioksida, salah satu GTP / ATP, dan bentuk mengurangi NADH dan FADH2. Ini dianggap sebagai jalur aerobik karena NADH dan FADH2 dihasilkan harus mentransfer elektron mereka ke jalur berikutnya dalam sistem, yang akan menggunakan oksigen. Jika transfer ini tidak terjadi, langkah-langkah oksidasi siklus asam sitrat juga tidak terjadi. Perhatikan bahwa siklus asam sitrat menghasilkan sangat sedikit ATP secara langsung dan tidak langsung mengkonsumsi oksigen.
Siklus asam sitrat (Siklus Krebs)
Dalam siklus asam sitrat, kelompok asetil dari asetil CoA melekat molekul oksaloasetat empat karbon untuk membentuk sebuah molekul sitrat enam karbon. Melalui serangkaian langkah, sitrat dioksidasi, merilis dua molekul karbon dioksida untuk setiap kelompok asetil dimasukkan ke siklus. Dalam proses ini, 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 yang cukup.
Langkah-langkah dalam Siklus Asam Sitrat
Langkah 1. Langkah pertama adalah langkah kondensasi, menggabungkan kelompok asetil dua-karbon (dari asetil CoA) dengan molekul oksaloasetat empat karbon untuk membentuk sebuah molekul enam karbon sitrat. CoA terikat untuk kelompok sulfhidril (-SH) dan berdifusi jauh untuk akhirnya bergabung dengan kelompok 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 dalam pasokan pendek, tingkat meningkat.
Langkah 2. Sitrat kehilangan satu molekul air dan keuntungan lain sebagai sitrat diubah menjadi isomer nya, isositrat.
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 oksidasi dan dekarboksilasi langkah, 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 keempat. CoA mengikat kelompok suksinil untuk membentuk suksinil CoA. Enzim yang mengkatalisis langkah empat diatur oleh inhibisi umpan balik dari ATP, suksinil CoA, dan NADH.
Langkah 5. Sebuah kelompok fosfat diganti 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 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. Formulir ini menghasilkan ATP. Bentuk kedua dari enzim ditemukan dalam jaringan yang memiliki sejumlah besar jalur anabolik, seperti hati. Formulir ini menghasilkan GTP. GTP adalah semangat setara dengan ATP; Namun, penggunaannya lebih terbatas. Secara khusus, sintesis protein terutama menggunakan GTP.
Langkah 6. Langkah enam adalah proses dehidrasi yang mengubah suksinat menjadi fumarat. Dua atom hidrogen akan ditransfer ke FAD, memproduksi FADH2. Energi yang terkandung dalam elektron dari atom tersebut tidak cukup untuk mengurangi NAD + tapi cukup untuk mengurangi FAD. Tidak seperti NADH, operator ini tetap melekat pada enzim dan transfer elektron ke rantai transpor elektron secara langsung. Proses ini dimungkinkan oleh lokalisasi enzim katalisator 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.
Produk Siklus Asam Sitrat
Dua atom karbon masuk ke dalam siklus asam sitrat dari masing-masing kelompok asetil, mewakili empat dari enam karbon dari satu molekul glukosa. Dua molekul karbon dioksida yang dilepaskan pada setiap pergantian siklus; Namun, ini tidak selalu mengandung atom karbon yang paling baru-tambah. Dua atom karbon asetil 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).