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 CO2. 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 CO2, 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.