Siklus Krebs

Siklus Krebs adalah serangkaian reaksi kimia dalam sel, yaitu pada mitokondria, yang berlangsung secara berurutan dan berulang. Juga merupakan tahapan selanjutnya dari respirasi seluler. Siklus Krebs adalah reaksi antara asetil ko-A dengan asam oksaloasetat, yang kemudian membentuk asam sitrat. Siklus Krebs disebut juga dengan siklus asam sitrat, karena menggambarkan langkah pertama dari siklus tersebut, yaitu penyatuan asetil ko-A dengan asam oksaloasetat untuk membentuk asam sitrat.

 Siklus asam sitrat yang dikenal juga sebagai siklus krebs atau siklus asam trikarboksilat merupakan lintasan akhir bersama oksidasi karbohidrat, lipid dan protein. Glukosa, asam lemak dan banyak asam amino akan dimetabolisasi menjadi asetil koA atau intermediet yang ada pada siklus asam sitrat. Asetil koA selanjutnya dioksidasi yang akan menghasilkan hidrogen atau elektron sebagai ekuivalen pereduksi. Hidrogen tersebut kemudian memasuki rantai respirasi tempat sejumlah besar ATP dihasilkan dalam prses fosforilasi oksidatif. Enzim enzim yang erperanan pada siklus asam sitrat terdapat didalam mitokondria.

Pada keadaan aerobik  konversi asam piruvat menjadi karbondioksida dan air berlangsung melalui lintasan yang membentuk intermidiat-intermidiat asam trikiarboksilat dan dikarboksilat.

Asam-asam tersebut dipakai dan dibentuk kembali secara terus menerus dalam urutan reaksi yang berlangsung secara siklis. Urutan siklis tersebut dikenal sebagai siklus asam trikarboksilat atau siklus asam sitrat

Reaksi-reaksi pada Siklus Asam Sitrat
Siklus asam sitrat dimulai dengan reaksi kondensasi antara asetil KoA dengan oksaloasetat yang dikatalisa oleh enzim sitrat sintase menghasilkan sitril KoA. Setelah terjadi hidrolisa akan menghasilkan sitrat dan koenzim A, Reaksi ini berlangsung satu arah.

Reaksi-reaksi kimia yang berhubungan dengan siklus asam sitrat serta reaksi dalam siklus itu sendiri akan dibahas satu persatu:

1.      Pembentukan Asetil Koenzim A (Asetil KoA)

Asetil KoA dibentuk pada reaksi antara asam piruvat dengan koenzim A. Disamping itu asam lemak juga dapat menghasilkan asetil KoA pada proses oksidasi. Reaksi pembentukan asetil KoA menggunakan kompleks piruvatdehidrogenase sebagai katalis yang terdiri dari beberapa jenis enzim. Koenzim yang ikut dalam reaksi ini adalah tiamin pirofosfat (TPP), NAD⁺, asam lipoatdan ion Mg⁺⁺ sebagai aktivator. Reaksi ini bersifat tidak reversibel dan asetil KoA yang terjadi merupakan penghubung antara proses glikolisis dengan siklus asam sitrat.

2.      Pembentukan Asam Sitrat

Asetil KoA adalah senyawa berenergi tinggi dan dapat berfungsi sebagai zat pemberi gugus asetil atau dapat ikut dalam reaksi kondensasi.

Asam sitrat dibentuk oleh asetil KoA dengan asam oksaloasetat dengan cara kondensasi. Enzim yang bekerja sebagai katalis adalah sitrat sintetase. Asam sitrat yang terbentuk merupakan salah satu senyawa dalam siklus asam sitrat.

3.      Pembentukan Asam Isositrat

Asam sitrat kemudian diubah menjadi asam isositrat melalui asam akonitrat. 

Enzim yang bekerja pada reaksi ini ialah akonitase. Dalam keadaan keseimbangan terdapat 90% asam isositrat. Walaupun dalam keseimbangan ini asam isositrat hanya sedikit, tetapi asam isositrat akan segera diubah menjadi asam ketoglutarat sehingga keseimbangan akan bergeser ke kanan.

4.      Pembentukan Asam α Ketoglutarat

Dalam reaksi ini asam isositrat diubah menjadi asam oksalosuksinat, kemudian diubah lebih lanjut menjadi asam α ketoglutarat.

Enzim isositrat dehidrogenase bekerja pada reaksi pembentukan asam oksalosuksinat dengan koenzim NADP⁺, sedangkan enzim kaboksilase bekerja pada reaksi berikutnya. Pada reaksi yang kedua ini disamping asam α ketoglutarat, dihasilkan pula CO_2. Untuk 1 mol asam isositrat yang diubah, dihasilkan 1 mol NADPH dan 1 mol CO₂. Koenzim yang digunakan dalam reaksi selain NADPH, juga NAD.

5.      Pembentukan Suksinil KoA

Asam α ketoglutarat diubah menjadi suksinil KoA dengan jalan dekardoksilasi oksidatif.

Reaksi ini analog dengan reaksi pembentukan asetil KoA dari asam piruvat. Koenzim TPP dan NAD⁺ diperlukan juga dalam reaksi pembentukan suksinil KoA. Reaksi berlangsung antara asam α ketoglutarat dengan koenzim A menghasilkan suksinil KoA dan Melepaskan CO_2, NADPH juga dihasilkan pada reaksi ini. Siklus asam sitrat secara keseluruahn bersifat tidak reversibel. Suksinil KoA adalah senyawa berenergi tinggi dan akan diubah menjadi asam suksinat.

6.      Pembentukan Asam Suksinat

Asam suksinat terbentuk dari suksinil KoA dengan cara melepaskan koenzim A serta pembentukan guanosin trifosfat (GTP) dari guanosin difosfat (GDP).

Enzim suksinil KoA sintetase bekerja pada reaksi yang bersifat reversibel ini. Gugus fosfat yang terdapat pada molekul GTP segera dipindahkan kepada ADP. Katalis dalam reaksi ini adalah nukleosida difosfokinase.

7.      Pembentukan Asam Fumarat

Dalam reaksi ini asam suksinat diubah menjadi asam fumarat melalui proses oksidasi dengan menggunakan enzim suksinat dehidrogenase dan FAD sebagai koenzim.

8.      Pembentukan Asam Malat

Asam malat terbentuk dari asam fumarat dengan cara adisi molekul air. Enzim fumarase bekerja sebagai katalis dalam reaksi ini.

 

9.      Pembentukan Asam Oksaloasetat

Tahap akhir dalam siklus asam sitrat ialah dehidrogenase asam malat membentuk asam oksaloasetat.

Enzim yang bekerja pada reaksi ini ialah malat  dehidrogenase oksaloasetat yang terjadi kemudian bereaksi dengan asetil koenzim A dan asam sitrat yang terbentuk bereaksi lebih lanjut dalam siklus asam sitrat.

Demikian reaksi-reaksi tersebut diatas berlangsung terus menerus dan berulang kali.

Produk Siklus Krebs

            Siklus Krebs menghasilkan 2 molekul ATP per molekul glukosa, sama dengan yang dihasilkan oleh glikolisis. Siklus Krebs juga menghasilkan banyak elektron yang dapat diberikan ke rantai transpor elektron untuk mensintesis lebih banyak ATP.

 Fungsi utama siklus krebs adalah :

1.   mereduksi NAD⁺ dan FAD menjadi NADH dan FADH₂ yang kemudian dioksidai untuk menghasilkan ATP.

2.   Sintesis ATP secara langsung, yakni 1 molekul ATP untuk setiap molekul piruvat yang dioksidasi.

3.   Pembentukan kerangka karbon yang dapat digunakan untuk sintesis asam-asam amino tertentu.

Penjelasan Siklus Krebs Secara Singkat

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.