SIKLUS KREBS

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.