1. PENGERTIAN SIKLUS KREBS
·
Siklus
krebs disebut juga siklus asam
sitrat karena senyawa pertama yang terbentuk adalah asam sitrat.
·
Siklus krebs juga disebut siklus
asam trikarboksilat (-COOH) karena hampir di awal-awal siklus krebs, senyawanya
tersusun dari asam trikarboksilat. Trikarboksilat itu merupakan gugus asam
(-COOH).
·
Siklus krebs karena yang
menemukan adalah Mr.Hans Krebs, seorang ahli biokimia terkenal, yang menemukan
metabolisme karbohidrat juga.
·
Siklus krebs adalah satu seri reaksi yang
terjadi di dalam mitokondria yang membawa katabolisme residu asetyl,
membebaskan ekuivalen hidrogen, yang dengan oksidasi menyebabkan pelepasan dan
penangkapan ATP sebagai kebutuhan energi jaringan.
·
Residu asetil dalam bentuk
asetil-KoA (CH3-CO-S-CoA, asetat aktif)
Siklus asam sitrat atau yang disebut
juga dengan siklus asam trikarboksilat (tricarboxylic acid cycle = TCA cycle)
atau siklus krebs, berlangsung di dalam mitokondria. Siklus asam sitrat
merupakan jalur bersama oksidasi karbohidrat, lipid dan protein. Siklus
asam sitrat merupakan rangkaian reaksi yang menyebabkan katabolisme asetil KoA,
dengan membebaskan sejumlah ekuivalen hidrogen yang pada oksidasi menyebabkan
pelepasan dan penangkapan sebagaian besar energi yang tersedia dari bahan bakar
jaringan, dalam bentuk ATP. Residu asetil ini berada dalam bentuk asetil-KoA
(CH3-CO-KoA, asetat aktif), suatu ester koenzim A. Ko-A mengandung
vitamin asam pantotenat. Fungsi utama
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 dimetabolisir menjadi asetil KoA atau intermediate yang ada
dalam siklus tersebut. Selama proses oksidasi asetil KoA di dalam siklus, akan
terbentuk ekuivalen pereduksi dalam bentuk hidrogen atau elektron sebagai hasil
kegiatan enzim dehidrogenase spesifik. Unsur ekuivalen pereduksi ini kemudian
memasuki rantai respirasi tepat sejumlah besar ATP dihasilkan dalam proses
fosforilasi oksidatif. Pada keadaan tanpa oksigen (anoksia) atau kekurangan
oksigen (hipoksia) terjadi hambatan total pada siklus tersebut.
Enzim-enzim siklus asam sitrat terletak di dalam matriks mitokondria, baik
dalam bentuk bebas ataupun melekat pada permukaan dalam membran interna
mitokondria sehingga memfasilitasi pemindahan unsur ekuivalen pereduksi ke
enzim terdekat pada rantai respirasi, yang bertempat di dalam membran interna
mitokondria.
2.
TUJUAN SIKLUS KREBS
·
Menjelaskan reaksi-reaksi
metabolik akhir yang umum terdapat pada jalur biokimia utama katabolisme tenaga
·
Menggambarkan bahwa CO2
tidak hanya merupakan hasil akhir metabolisme, namun dapat berperan sebagai zat
antara, misalnya untuk proses lipogenesis.
·
Mengenali peran sentral
mitokondria pada katalisis dan pengendalian jalur-jalur metabolik tertentu, mitokondria berfungsi sebagai penghasil energi.
3. FUNGSI SIKLUS KREBS
·
Menghasilkan sebagian besar
CO2
·
Metabolisme lain yang
menghasilkan CO2 misalnya jalur pentosa phospat atau P3 (pentosa
phospat pathway) atau kalau di harper heksosa monofosfat.
·
Sumber enzim-enzim
tereduksi yang mendorong RR ( Rantai Respirasi)
·
Merupakan alat agar tenaga
yang berlebihan dapat digunakan untuk sintesis lemak sebelum pembentukan TG
untuk penimbunan lemak
·
Menyediakan
prekursor-prekursor penting untuk sub-sub unit yang diperlukan dalam sintesis
berbagai molekul
·
Menyediakan mekanisme
pengendalian langsung atau tidak langsung untuk lain-lain sistem enzim
·
Oksidasi
asetil KoA menjadi CO2, H2O dan energy (1 mol asetil KoA
menghasilkan 12 mol ATP oleh karena daur ini banyak melepas H+ dan
elektron yg akan masuk rantai respirasi)
·
Anggota siklus asam sitrat bersifat amfibolik,
artinya: dapat dioksidasi lebih lanjut menjadi energi, atau disintesis menjadi senyawa
lain.
Dapat
dioksidasi lebih lanjut menjadi energi, contohnya:
- katabolisme asam amino anggota
siklus asam sitrat energi
- oksidasi beta asam lemak asetil KoA
- anggota siklus krebs energi
- oksidasi glukosa piruvat asetil KoA
anggota siklus krebs energi
Dapat disintesis menjadi senyawa lain, misalnya menjadi :
- glukosa (melalui glukoneogenesis)
- asam amino tertentu
- asam lemak (lipogenesis)
4.
PENGATURAN
DAUR KREBS
Pengaturan daur krebs, seperti halnya
glikolisis, terjadi pada titik masuknya substrat ke dalam daur. Bahan bakar
energi yang masuk ke dalam daur umumnya sebagai asetil KoA. Produksi asetil KoA
dari karbohidrat merupakan kontrol utama daur ini. Reaksi tersebut dikatalisis
oleh kompleks PDH. Kompleks PDH dihambat oleh ATP, asetil KoA dan NADH dan
diaktivasi oleh KoASH dan NAD+.
Pengaturan kedua adalah reaksi dengan isositrat
dehidrogenase. Enzim ini secara alosterik dirangsang oleh ADP, yang menyebabkan
peningkatan afinitasnya terhadap substrat. Pengikatan isositrat, NAD+,
Mg+ dan ADP akan meningkatkan aktivitas secara kooperatif.
Sebaliknya NADH menghambat isositrat dehidrogenase karena langsung memindahkan
NAD+. ATP juga menghambat. Penting diperhatikan bahwa beberapa
langkah dalam daur krebs memerlukan NAD+ atau FAD yang hanya
terdapat berlebihan pada keadaan muatan energi yang rendah.
Tempat pengaturan ketiga dalam daur krebs adalah
α-ketoglutarat dehidrogenase. Beberapa aspek pengaturannya serupa dengan
kompleks PDH. α–ketoglutarat dihambat oleh suksinil KoA dan NADH, produk reaksi
yang dikatalisisnya. Juga, α-ketoglutarat dehidrogenase dihambat oleh muatan
energi yang tinggi. Jadi, penyaluran fragmen dua atom karbon ke dalam daur dan
kecepatan daur menurun bila kadar ATP dalam sel tinggi.
PEMBENTUKAN ATP
Fosforilasi merujuk pada reaksi kimia yng membentuk ATP
dengan penambahan Pi ke ADP :
ADP + Pi + energi ATP + H2O
Fosforilasi terbentuk
dengan dua macam reaksi yang berbeda yaitu :
1.) Fosforilasi
Tingkat-Substrat
Pembentukan
ATP di dalam sitoplasma adalah phosphorilasi tingkat-substrat.
Energi
dari substrat kaya energi digunakan untuk memindahkan gugus fosfat ke ADP sehingga
terbentuk ATP.
2.) Fosforilasi
secara Kemiosmotik
Fosforilasi
Oksidatif
Umumnya
ATP dihasilkan di dalam mitokondria melalui proses yang melibatkan pompa ion
hidogen (proton) ke dalam ruang intermembran.
Dibandingkan
dengan fosforilasi tingkat-substrat yang hanya melibatkan enzim tunggal,
kemiosmosis melibatkan lebih banyak enzim. Enzim dalam kemiosmosis tersusun di
dalam rantai transpor elektron yang tertanam di dalam membran. Pada eukaryotik
membran yang dimaksud adalah membran kloroplas dan mitokondria. Sesuai
hipotesis kemiosmosis yang diajukan oleh Peter Mitchell pada tahun 1961, enzim
pembentuk ATP terdapat di dalam membran. Atas ajuan tersebut Mitchell kemudian
memperoleh hadiah Nobel.
Selama
kemiosmosis pada eukaryotic, ion H+ dipompa melintasi membran organel menuju
ruang intermembran. Energi yang digunakan untuk pemompaan tersebut berasal dari
reaksi reduksi-oksidasi dalam rantai transpor elektron. Elektron yang melintas
dari satu enzim yang terikat membran ke lainnya, kehilangan sejumlah energi
setiap kali berpindah (sebagaimana hukum kedua termodinamika). Energi yang
“hilang” memungkinkan pemompaan ion hidrogen bergerak menentang gradien
konsentrasi (konsentrasi ion H+ di dalam matriks lebih rendah
dibandingkan di dalam ruang intermembran). Ion H+ tidak dapat
bergerak kembali melalui membran. Ion H+ hanya dapat keluar melalui
enzim pembentuk ATP yang terdapat di dalam membran. Pada saat ion H+
melintas melalui enzim pembentuk ATP, energi dari enzim digunakan untuk
mengikat fosfat ke ADP, membentuk ATP. Proses pembentukan ATP secara
kemiosmotik dengan sumber energi dari reaksi oksidasi-reduksi, disebut fosforilasi oksidatif.
Sumber
utama energi dalam sel aerob terdapat pada proses respirasi, ialah
mengkatalisis respirasi dan konservasi energi sebagai ATP jauh lebih rumit bila
dibandingkan dengan fermentasi atau glikolisis. Proses ini melibatkan banyak
enzim dan berbagai tahap reaksi kimiawi yang terpisah. Walau demikian semua itu
terorganisasi rapih dalam suatu susunan berurutan, terutama dalam sel
eukariotik, yaitu dalam mitokondria.
ditimba
selama transpor elektron dan dikonversi sebagai energi ikatan fosfat lewat
proses fosforilasi oksidatif.
NADH
dan FADH2 yang terbentuk pada glikolisis, daur krebs dan oksidasi
asam lemak merupakan molekul tinggi energi karena masing-masing molekul
tersebut mengandung sepasang elektron yang mempunyai potensial transfer yang
tinggi. Bila elektron-elektron ini diberikan kepada molekul oksigen, sejimlah
energi bebas dilepaskan, dan dapat digunakan untuk menghasilkan ATP.
Fosforilasi oksidatif merupakan proses pembentukan ATP akibat transfer elektron
dari NADH atau FADH2 kepada O2 melalui serangkaian
transport (pengemban elektron). Proses ini merupakan sumber utama pembentukan
ATP pada organisme aerob. Sebagai contoh, fosforilasi oksidatif menghasilkan 34
ATP dari 38 molekul ATP yang terbentuk pada oksidasi sempurna glukosa menjadi
CO2 dan H2O.
Konsep
fosforilasi oksidatif adalah sederhana, akan tetapi rumit bila ditinjau dari
mekanisme kerjanya. Aliran elektron dari NADH atau FADH2 melalui
kompleks-kompleks protein, yang terdapat pada membran dalam mitokondria, akan
menyebabkan protein terpompa keluar dari matriks mitokondria. Akibatnya,
terbentuk kekuatan daya gerak proton yang terdiri dari gradien pH dan potensial
listrik transmembran. Sintesis ATP terjadi bila proton mengalir kembali ke
dalam matriks mitokondria melalui kompleks enzim. Jadi, oksidasi dan
fosforilasi terangkai melalui gradien proton melintasi membran-membran
mitokondria.
Pada
intinya, dalam fosforilasi oksidatif, daya gerak elektron diubah menjadi daya
gerak proton dan kemudian menjadi potensial fosforilasi. Fase pertama, dilaksanakan
oleh tiga pompa proton yang digerakkan elektron, yaitu NADH-Q reduktase,
sitokrom reduktase dan sitokrom oksidase. Kompleks-kompleks transmembran yang
besar itu, mengandung banyak pusat-pusat oksidasi-reduksi seperti flavin,
kinon, rumpun besi-belerang, hem dan ion tembaga. Fase kedua dari fosforilasi
oksidatif dilaksanakan oleh ATP sintase, suatu susunan pembentuk ATP yang
digerakkan melalui aliran balik proton ke dalam matriks mitokondria.
Fosforilasi
oksidatif dengan gamblang menunjukkan bahwa gradien proton merupakan alat tukar
energi bebas yang berlaku dalam sistem biologis.