Siklus Krebs

Siklus asam sitrat atau yang dikenal juga dengan sebagai siklus krebs atau siklus asam trikarboksilat merupakan lintasan akhir bersama oksidasi karbohidrat, lipid dan protein. Siklus Krebs adalah proses utama kedua dalam reaksi pernafasan sel. Siklus Krebs ini ditemukan oleh Hans Krebs (1900-1981). Reaksi pernafasan sel tersebut disebut juga sebagai daur asam sitrat atau daur asam trikarboksilat.

Hans Krebs (1937) yang telah memberikan sumbangan percobaan eskperimental dan konseptual agar siklus ini dapat dipahami. Siklus Krebs terkait dengan segi metabolisme biokimia yang sebenarnya, bahan yang masuk berasal dari karbohidrat dapat keluar membentuk lemak, sedangkan bahan yang masuk berasal dari asam amino dapat keluar membentuk karbohidrat. Namun, teramat jarang ialah dari lemak menuju karbohidrat.

Beberapa komponen dari reaksi siklus krebs ditemukan pada tahun 1930 oleh seorang peneliti bernama Albert Szent-Gyorgyi. Beliau menerima hadiah Nobel pada tahun 1937 untuk penemuannya yang berkaitan dengan asam fumarat. Asam fumarat adalah komponen kunci dari siklus krebs. Istilah “siklus krebs” diambil dari nama penemunya Sir Hans Adolf Krebs (1900-1981) yang menemukannya pada tahun 1937.

Beliau adalah seorang ahli biokimia Jerman, di mana dia menerima hadiah Nobel Fisiologi atau Kedokteran pada tahun 1953. Dia mengemukakan bahwa glukosa secara perlahan dipecah di dalam mitokondria sel dengan suatu siklus yang dinamakan siklus krebs.

Siklus asam sitrat (siklus krebs, siklus asam trikarboksilat) adalah serangkaian reaksi di mitokondria yang mengoksidasi gugus asetil pada asetil-koA dan mereduksi koenzim yang teroksidasi melalui rantai transport elektron yang berhubungan dengan pembentukan ATP.

Siklus diawali dengan reaksi antara gugus asetil pada asetil-koA dan asam dikarboksilat empat-karbon oksaloasetat yang membentuk asam trikarboksilat enam-karbon, yaitu sitrat. Pada reaksi-reaksi berikutnya, terjadi pembebasan dua molekul CO₂ dan pembentukan ulang oksaloaasetat.

Siklus asam sitrat adalah bagian integral dari proses penyediaan energi dalam jumlah besar yang dibebaskan selama oksidasi bahan bakar terjadi. Selama oksidasi asetil-koA, koenzim-koenzim mengalami reduksi dan kemudian direoksidasi di rantai respiratorik yang dikaitkan dengan pembentukan ATP.jalur katabolik utama untuk asetil-KoA pada organisme aerob. Aseti-KoA, produk katabolisme karbohidrat, protein, dan lipid, dibawa ke siklus asam sitrat dan dioksidasi menjadi CO₂ disertai pembebasan ekuivalen pereduksi (2H).

Reaksi Siklus Krebs

Siklus reaksi diawali dengan reaksi antara asetil KoA dan (2C) dan asam oksaloasetat (4C) yang menghasilkan asam trikarboksilat, sitrat. Selanjutnya sejumlah 2 molekul atom CO₂ dirilis dan teregenerasi. Sebenarnya hanya sedikit oksaloasetat yang dibutuhkan untuk menginisiasi siklus asam sitrat sehingga oksaloasetat dikenal dengan perannnya sebagai agen katalitik pada siklus Krebs.Siklus Krebs, pertama-tama asetil ko-A hasil dari reaksi antara (dekarboksilasi oksidatif) masuk ke dalam siklus dan bergabung dengan asam oksaloasetat membentuk asam sitrat.

Setelah “mengantar” asetil masuk ke dalam siklus Krebs, ko-A memisahkan diri dari asetil dan keluar dari siklus. Kemudian, asam sitrat mengalami pengurangan dan penambahan satu molekul air sehingga terbentuk asam isositrat. Lalu, asam isositrat mengalami oksidasi dengan melepas ion H+, yang kemudian mereduksi NAD+ menjadi NADH, dan melepaskan satu molekul CO₂ dan membentuk asam a-ketoglutarat (baca: asam alpha ketoglutarat). Setelah itu, asam a-ketoglutarat kembali melepaskan satu molekul CO₂, dan teroksidasi dengan melepaskan satu ion H+ yang kembali mereduksi NAD+ menjadi NADH.

Selain itu, asam a-ketoglutarat mendapatkan tambahan satu ko-A dan membentuk suksinil ko-A. Setelah terbentuk suksinil ko-A, molekul ko-A kembali meninggalkan siklus, sehingga terbentuk asam suksinat. Pelepasan ko-A dan perubahan suksinil ko-A menjadi asam suksinat menghasilkan cukup energi untuk menggabungkan satu molekul ADP dan satu gugus fosfat anorganik menjadi satu molekul ATP. Kemudian, asam suksinat mengalami oksidasi dan melepaskan dua ion H+, yang kemudian diterima oleh FAD dan membentuk FADH2, dan terbentuklah asam fumarat. Satu molekul air kemudian ditambahkan ke asam fumarat dan menyebabkan perubahan susunan (ikatan) substrat pada asam fumarat, karena itu asam fumarat berubah menjadi asam malat.

Terakhir, asam malat mengalami oksidasi dan kembali melepaskan satu ion H+, yang kemudian diterima oleh NAD+ dan membentuk NADH, dan asam oksaloasetat kembali terbentuk. Asam oksaloasetat ini kemudian akan kembali mengikat asetil ko-A dan kembali menjalani siklus Krebs. Dari siklus Krebs ini, dari setiap molekul glukosa akan dihasilkan 2 ATP, 6 NADH, 2 FADH₂, dan 4 CO₂. Selanjutnya, molekul NADH dan FADH₂ yang terbentuk akan menjalani rangkaian terakhir respirasi aerob, yaitu rantai transpor elektron.

Hasil Siklus Krebs

Pada akhir siklus krebs ini akan terbentuk kembali asam oksaloasetat yang berikatan dengan molekul asetil koenzim A yang lain dan berlangsung kembali siklus krebs, karena selama reaksi oksidasi pada molekul glukosa hanya dihasilkan 2 molekul asetil koenzim A, maka siklus krebs harus berlangsung sebanyak 2 kali. Jadi hasil bersih dari oksidasi 1 molekul glukosa akan dihasilkan 2 ATP dan 4 CO₂ serta 8 pasang atom H yang akan masuk ke rantai transpor elektron.

Berikut ini terdapat beberapa tahapan siklus krebs, terdiri atas

1. Tahap I:

Sitrat Sintase Proses yang berlangsung ditahap ini dikenal dengan hidrolisis. Pada tahap ini terjadi penggabungan molekul Asetil Ko-A dengan oksaloasetat membentuk asam sitrat dibantu oleh enzim asam sitrat sintase.

2. Tahap II:

Isomerase SitratPada tahap ini, asam sitrat yang sudah terbentuk diubah menjadi isositrat dengan bantuan enzim akotinase yang mengandung Fe2+.

3. Tahap III:

Isositrat DehidrogenasePada tahap ketiga ini, berlangsung proses dekarboksilasi (perombakan) pertama sekali. Isositrat yang terbentuk pada tahapan sebelumnya dioksidasi menjadi oksalosuksinat yang terikat enzim oleh enzim isositrat dehidrogenase. Selain itu, pada tahap ini isositrat juga diubah menjadi α-ketoglutarat oleh enzim yang sama dan dibantu NADH.

4. Tahap IV: α-Ketoglutarat Dehidrogenase Kompleks :

Dalam tahap ini terjadi proses pengubahan α-ketoglutarat  menjadi suksinil Ko-A oleh enzim α-ketoglutarat dehidrogenase kompleks.

5. Tahap V: Suksinat Thikonase

Pada tahap kelima ini, terjadinya konversi suksinil Ko-A menjadi suksinat. Proses pengubahan ini berbeda dengan tahapan-tahapan sebelumnya. Pada tahap ini proses konversi tidak hanya dibantu oleh enzim saja, melainkan juga memerlukan Mg2+ dan GDP yang dengan Pi (Fosfat) akan membentuk GTP. GTP inilah yang akan dirubah sebagai ATP sehingga menjadi energi yang dibutuhkan jaringan.

6. Tahap VI: Suksinat Dehidrogenase

Suksinat yang telah dihasilkan pada tahap kelima kan didehidrigenase menjadi fumarat dengan bantuan enzim suksinat dehidrogenase.

7. Tahap VII: Hidrasi

Hidrasi ialah penambahan atom hidrogen pada ikatan ganda karbon (C=C) yang ada pada fumarat sehingga menghasilkan malat.

8. Tahap VIII: Regenerasi Oksaloasetat

Tahap kedelapan ini merupakan tahap akhir dari siklus kreb. Pada tahap ini, terjadi pengubahan malat oleh enzim malat dehidrogenase membentuk oksaloasetat. Oksaloasetat ini berperan untuk menangkap Asetil-KoA sehingga proses siklus kreb dapat berlangsung kembali.Untuk mencukupi kebutuhan energi, siklus kreb harus berlangsung dua kali. Hal tersebut dikarenakan reaksi oksidasi pada molekul glukosa untuk sekali proses siklus kreb hanya menghasilkan  2 molekul Asetil Ko-A.

Fungsi Siklus Krebs

Fungsi siklus asam sitrat adalah sebagai lintasan akhir bersama untuk oksidasi karbohidrat, lipid, dan protein, hal ini terjadi karena glukosa, asam lemak, dan banyak asam amino di metabolisme menjadi asetil KoA menjadi intermediet yang ada didalam siklus tersebut. Siklus asam sitrat juga mempunyai peranan penting dalam proses glukoneogenesis, transaminasi, deaminasi, lipogenesis. Fungsi utama siklus krebs adalah :

• Menghasilkan karbon dioksida terbanyak pada jaringan manusia.
• Menghasilkan sejumlah koenzim tereduksi yang menggerakkan rantai pernapasan untuk produksi ATP.
• Mengkonversi sejumlah energi serta zat intermidiet yang berlebihan untuk digunakan pada sintesis asam lemak.
• Menyediakan sebagian bahan keperluan untuk sintesis protein dan asam nukleat.
• Melakukan pengendalian langsung atau tidak langsung (alosterik) terhadap sistem enzim lain melalui komponen-komponen siklus.

Kepentingan piruvat pada siklus Krebs Yaitu:

1. Energi yang terkandung pada pada karbohidrat memasuki siklus melalui piruvat, sumber utama asetil KoA.
2. Kompleks enzim yang mendekarboksilasi piruvat menjadi asetil KoA sangat mirip dari segi lokasi subsel, komposisi dan mekanisme kerja dengan α-ketoglutarat dehidrogenase kompleks.

Siklus asam sitrat sangat berperan penting dalam metabolisme, Siklus asam sitrat tidak saja merupakan jalur untuk oksidasi unit dengan dua karbon, tetapi juga merupakan jalur utama untuk pertukaran berbagai matabolit yang berasal dari transaminasi dan deaminasi asam amino, serta menghasilkan substrat untuk sintesis asam amino melalui transaminasi, serta untuk glukoneogenesis dan sintesis asam lemak. Karena fungsinya dalam proses oksidatif dan sintesis, siklus ini bersifat amfibolik.

Pembentukan Energi pada Siklus Krebs

Ada 8 enzim dalam siklus asam sitrat yang mengkatalisis serangkaian reaksi yang secara keseluruhan adalah oksidasi gugus asetil menjadi 2 mol CO₂ diikuti dengan pembentukan 3 NADH, 1 FADH dan GTP. Reaksitersebut adalah:

• Kondensasi asetil CoA dengan oksaloasetat membentuk sitrat, sesuai dengan nama siklusnya. Reaksi ini dikatalisis enzim citrate synthase. Reaksi awal dalam siklus asam sitrat ini merupakan titik dimana atom klarbon dimasukkan ke dalam siklus sebagai asetil CoA.
• Pengaturan kembali sitrat menjadi bentuk isomernya supaya lebih mudah untuk dioksidasi nantinya.Aconitase mengubah sitrat, alkohol tersier yang tidak siap untuk dioksidasi, menjadi senyawa alkoholsekunder, isositrat, merupakan senyawa yang lebih mudah dioksidasi. Reaksi ini melibatkan dehidrasi diikuti oleh hidrasi. Dalam hal ini gugus hidroksil sitrat ditransfer ke karbon yang berdekatan.
• Oksidasi isositrat membentuk asam keto intermedier, oksalosuksinat disertai dengan reduksi NAD+menjadi NADH. Oksalosuksinat selanjunya didekarboksilasi menghasilkan a ketoglutarat. Ini merupakantahap pertama dimana oksidasi diiringi dengan terbentuknya NADH dan pembebasan CO₂. Reaksi inidikatalisis enzim isositrat dehidrogenase.
• Aketoglutarat selanjutnya didekarboksilasi membentuk suksinil CoA oleh multienzim a ketoglutarat dehidrogenase. Reaksi ini melibatkan reduksi kedua NAD+ menjadi NADH dan membebaskan molekulCO₂ Sampai titik ini, 2 mol CO₂ sudah dihasilkan sehingga hasil bersih oksidasi gugus asetil telahlengkap. Perhatikan bahwa atom C dari CO₂ bukan berasal dari asetil CoA.
• Suksinil CoA selanjutnya diubah menjadi suksinat oleh suksinil CoA sinthetase. Energi bebas dari ikatan thioester ini disimpan dalam bentuk senyawa berenergi tinggi GTP dari GDP dan Pi.
• Reaksi selanjutnya dalam siklus ini adalah oksidasi suksinat menjadi oksaloasetat kembali untuk persiapan putaran berikutnya dalam siklus. Syuksinat dehidrogenase mengkatalisis oksidasi suksinatmenjadi fumarat diiringi oleh reduksi FAD menjadi FADH₂.
• Fumarase selanjutnya mengkatalisis hidrasi ikatan rangkap fumarat menjadi malat.
• Tahapan terakhir adalah membentuk kembali oxaloasetat melalui moksidasi malat oleh enzim malat dehidrogenase. Pada tahap ini juga dihasilkan NADH ketiga dari NAD+.

Peranan Tahapan Reaksi dalam Siklus Krebs

Siklus Krebs terjadi di mitokondria dengan menggunakan bahan utama berupa asetil-CoA, yang dihasilkan dari proses dekarboksilasi oksidatif. Ada delapan tahapan utama yang terjadi selama siklus Krebs.

1. Kondensasi
2. Isomerase sitrat
3. Produksi CO₂
4. Dekarboksilasi oksidatif kedua
5. Fosforilasi tingkat substrat
6. Dehidrogenasi
7. Hidrasi dan regenerasi oksaloasetat

Ciri Siklus Krebs

Ciri siklus krebs, tertutupnya jalur lemak untuk dapat diubah menjadi glukosa. Ciri siklus Krebs terkait dengan jumlah atom karbon memiliki 2 kekhasan :

1. Masuknya dua karbon ke dalam siklus Krebs sebagai asetil KoA dan keluarnya 2 atom karbon sebagai CO₂ memberikan makanya tidak ada hasil bersih atom karbon.
2. Atom karbon yang keluar sebagai CO₂ tidak sama dengan yang masuk sebagai asetil KoA.

Asam lemak yang umum banyak didapatkan pada asupan, asam lemak dengan atom karbon genap tidak memberikan atom karbonnya untuk disintesis menjadi metilmalonil KoA untuk terisomerisasi menjadi suksinil KoA bahan oksaloasetat yang diperlukan sebagai bahan sintesis glukosa. Asam lemak dengan atom karbon ganjil pada katabolisme akan menghasilkan beberapa molekul asetil KoA dan satu molekul proprionil KoA. Proprionil KoA dapat mengalami karboksilasi menjadi metilmalonil KoA yang seterusnya akan terisomerisasi menjadi suksinil KoA.

Suksinil KoA merupakan bahan bakal oksaloasetat. Karena itu berbeda, dengan gugus asetil, gugus proprionil dapat memberi hasil bersih berupa atom karbon yang dapat digunakan pada sintesis KoA. Namun demikian secara umum hanya sedikit jumlah asam lemak dengan jumlah atom karbon ganjil dan asam lemak berantai panjang. Sehingga, pandangan umum bahwa sintesis asam lemak hanya sedikit yang berperan untuk memperoleh hasil bersih sintesis glukosa.

Daftar Pustaka:

1. Murray K. R, 2009. Biokimia Harper Edisi 27. Penerbit Buku Kedokteran,   EGC Jakarta.

Demikianlah pembahasan mengenai Siklus Krebs – Sejarah, Pengertian, Ciri, Reaksi, Hasil, Tahapan, Fungsi dan Pembentukan semoga dengan adanya ulasan tersebut dapat menambah wawasan dan pengetahuan kalian semua,,, terima kasih banyak atas kunjungannya. 🙂 🙂 🙂

Baca Juga Artikel Lainnya:

1. Respirasi Anaerob dan Aerob – Pengertian, Tahapan dan Perbedaan
2. Makalah Tentang Mitokondria
3. Pernapasan Dada Dan Perut
4. Ekologi – Pengertian Menurut Para Ahli, Materi, Ruang Lingkup Dan Perbedaan