SIKLUS KREBSAJENGMUQHODDIMATULJANNAH ♦ 19 MEI 2011 ♦ 2 KOMENTAR

A. DEFINISI SIKLUS KREBS DAN PERAN BIOMEDIS

Penemu siklus krebs adalah seorang ahli biokimia terkenal, ilmuwan Jerman-Inggris, beliau

bernama Mr. Hans Krebs. Krebs mendeskripsikan sebagian besar jalur metabolik ini pada tahun

1930-an. Krebs juga menemukan metabolisme karbohidrat. 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 asetyl tersebut dalam bentuk asetyl-KoA (CH3-CO-S-CoA, asetat

aktif), suatu ester koenzim A (KoA). Koenzim A (KoA) mengandung vitamin asam pantotenat. Siklus

krebs ini terjadi didalam mitokondria.

Siklus krebs disebut juga siklus asam sitrat. Siklus asam sitrat (bahasa Inggris: citric acid cycle,

tricarboxylic acid cycle, TCA cycle, Krebs cycle, Szent-Györgyi-Krebs cycle) adalah sederetan

jenjang reaksi metabolisme pernafasan selular yang terpacu enzim. Siklus asam sitrat juga bisa

didefinisikan sebagai jalur bersama terakhir untuk oksidasi karbohidrat, lipid, dan protein karena

glukosa, asam lemak, dan sebagian besar asam amino dimetabolisme menjadi asetil koenzim A

(KoA) atau zat-zat antara siklus ini.

Siklus krebs disebut siklus asam sitrat karena menggambarkan langkah pertama dari siklus

tersebut, yaitu penyatuan asetil KoA dengan asam oksaloasetat untuk membentuk asam sitrat.

Siklus ini juga berperan sentral dalam glukoneogenesis, liogenesis, dan interkonversi asam-asam

amino. Banyak proses ini berlangsung di sebagian besar jaringan, tetapi hati adalah satu-satunya

jaringan tempat semuanya berlangsung dengan tingkat yang signifikan. Jadi,akibat yang timbul

dapat parah, contohnya jika sejumlah sel hati rusak, seperti pada hepatitis akut atau diganti oleh

jaringan ikat (seperti pada sirosis). Beberapa defek genetik pada enzim-enzim siklus asam sitrat

yang pernah dilaporkan menyebabkan kerusakan saraf berat karena sangat terganggunya

pembentukan ATP di sistem saraf pusat.

Selain disebut dengan siklus 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).

B. TUJUAN SIKLUS KREBS

Adapun tujuan dari siklus krebs adalah sebagai berikut:

1. Menjelaskan reaksi-reaksi metabolik akhir yang umum terdapat pada jalur biokimia utama

katabolisme tenaga

2. Menggambarkan bahwa CO2 tidak hanya merupakan hasil akhir metabolisme, namun dapat

berperan sebagai zat antara, misalnya untuk proses lipogenesis.

3. Mengenali peran sentral mitokondria pada katalisis dan pengendalian jalur-jalur metabolik

tertentu, mitokondria berfungsi sebagai penghasil energi.

C. FUNGSI SIKLUS KREBS

Fungsi siklus krebs adalah sebagai berikut:

1. Menghasilkan sebagian besar CO2.

2. Metabolisme lain yang menghasilkan CO2 misalnya jalur pentosa phospat atau P3 (pentosa

phospat pathway) atau kalau di harper heksosa monofosfat.

3. Sumber enzim-enzim tereduksi yang mendorong RR ( Rantai Respirasi).

4. Merupakan alat agar tenaga yang berlebihan dapat digunakan untuk sintesis lemak sebelum

pembentukan TG untuk penimbunan lemak.

5. Menyediakan prekursor-prekursor penting untuk sub-sub unit yang diperlukan dalam sintesis

berbagai molekul.

6. Menyediakan mekanisme pengendalian langsung atau tidak langsung untuk lain-lain sistem

enzim.

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 intermediat yang ada dalam siklus tersebut.

D. SIKLUS ASAM SITRAT MENGHASILKAN SUBSTRAT UNTUK RANTAI RESPIRATORIK

                Siklus diawali dengan reaksi antara gugus asetil KoA dan asam karboksilat empat-karbon

oksaloasetat yang membentuk asam trikarboksilat enam-karbon, yaitu sitrat. Pada reaksi-reaksi

berikutnya, terjadi pembebasan dua molekul CO2 dan pembentukan ulang oksaloasetat (Gambar

1.1). Hanya sejumlah kecil oksaloasetat yang dibutuhkan untuk mengoksidasi asetil-KoA dalam

jumlah besar; senyawa ini dapat dianggap memiliki peran katalitik.

Gambar 1.1 Siklus asam sitrat yang menggambarkan peran katalitik oksaloasetat.(Murray,

Robbert K.,dkk, Biokimia Harper, hal. 153)

      Siklus asam sitrat adalah bagian integral dari proses penyediaan energi dalam jumlah besar

yang dibebaskan selama oksidasi bahan bakar terjadi. Selama oksidasi aseti KoA, koenzi-koenzim

mengalami reduksi dan kemudian direoksidasikan di rantai respiratorik yang dikaitkan dengan

pembentukan ATP (fosforilasi oksidatif, Gambar 1.2). Proses ini bersifat aerob yang memerlukan

oksigen sebagai oksidan terakhir dari koenzim-koenzim yang tereduksi. Enzim-enzim pada siklus

asam sitrat terletak di matriks mitokondria, baik bebas maupun terikat pada membran dalam

mitokondria serta membran krista, tempat enzim-enzim rantai respiratorik berada.

 

 

Gambar 1.2 Siklus asam sitrat. Jalur katabolik utama untuk asetil-KoA pada organism aerob.

Asetil-KoA, produk katabolisme karbohidrat, protein, dan lipid, dibawa ke siklus asam sitrat dan

dioksidasi menjadi CO2 disertai pembebasan ekuivalen pereduksi (2H). Oksidasi 2H selanjutnya di

rantai respiratorik menyebabkan fosforilasi ADP menjadi ATP. Untuk satu putaran siklus, dihasilkan

11 ATP melalui fosforilasi oksidatif dan 1 ATP dihasilkan di tingkat substrat dari perubahan suksinil-

KoA menjadi suksinat. (Murray, Robbert K.,dkk, Biokimia Harper, hal. 153)

E. REAKSI SIKLUS ASAM SITRAT MEMBEBASKAN EKUIVALEN    

      Reaksi awal antara asetil-KoA dan oksaloasetat untuk membentuk sitrat dikatalisis olehsitrat

sintase yang membentuk ikatan karbon-ke-karbon antara karbon metal pada asetil-KoA dan karbon

karbonil pada oksaloasetat (Gambar 1.3). Ikatan tieoster pada sitril-KoA yang terbentuk mengalami

hidrolisis dan membebaskan sitrat dan KoASH─suatu reaksi eksotermik.

      Sitrat mengalami isomerasi menjadi isositrat oleh enzim akonitase (akonitat hidratase); reaksi ini

terjadi dalam dua tahap; dehidrasi menjadi cis-akonitat dan rehidrasi menjadi isositrat. Meskipun

sitrat adalah suatu molekul simetris, namun akotinase bereaksi dengan sitrat secara asimetris

sehingga dua atom karbon yang lenyap dalam reaksi-reaksi berikutnya  pada siklus bukanlah atom

karbon yang ditambahkan dari asetil-KoA. Perilaku asimetri ini terjadi karena channelling-

pemindahan produk sitrat sintase secara langsung ke bagian aktif akonitase, tanpa memasuki

larutan bebas. Hal ini menghasilkan integrasi aktivitas siklus asam sitrat dan penyediaan sitratdi

sitosol sebagai sumber asetil KoA untuk sintesis asam lemak. Racun fluoroasetat bersifat toksik

karena fluoroasetil-KoA berkondensasi dengan oksaloasetat untuk membentuk fluorositrat, yang

menghambat akonitase sehingga terjadi penimbunan sitrat.

      Isositrat mengalami dehidrogenasi yang dikatalisis oleh isositrat dehidrogenase untuk

membentuk, oksalosuksinat pada awalnya, yang tetap terikat pada enzim dan mengalami

dekarboksilasi menjadi α-ketoglutarat. Dekarboksilasi ini memerlukan ion Mg++ atau Mn++. Terdapat

tiga isoenzim isositrat dehidrogenase. Salah satunnya yang menggunakan NAD+, hanya terdapat di

mitokondria. Dua lainnya menggunakan NADP+ dan ditemukan di mitokondria dan sitosol. Oksidasi

isositrat terkait rantai respiratorik berlangsung hamper sempurna melalui enzim yang dependen-

NAD+.

      α- Ketoglutarat mengalami dekarboksilasi oksidatif dalam suatu reaksi yang dikatalisis oleh

suatu kompleks multi-enzim yang mirip dengan kompleks multienzim yang berperan dalam

dekarboksilasi oksidatif piruvat (Gambar 1.3). Kompleks α-ketoglutarat dehidrogenase memerlukan

kofaktor yang sama dengan kofaktor yang diperlukan oleh kompleks piruvat dehidrogenase─tiamin

difosfat, lipoat, NAD+, FAD dan KoA serta menyebabkan terbentuknya suknisil KoA. Kesetimbangan

reaksi ini jauh lebih menguntungkan pembentukan suksinil KoA sehingga secara fisiologis reaksi ini

harus dianggap berjalan satu arah. Seperti halnya oksidasi piruvat, arsenit menghambat reaksi ini

yang menyebabkan akumulasi substrat yaitu α-ketoglutarat.

      Suksinil-KoA diubah menjadi suksinat oleh enzim suksinat tiokinase (suksinil-KoA sintetase).

Reaksi ini adalah satu-satunya contoh fosforilasi tingkat substrat dalam siklus asam sitrat. Jaringan

tempat terjadinya glukoneogenesis (hati dan ginjal) mengandung dua isoenzim suksinat tiokinase,

satu spesifik untuk GDP dan yang lain untuk ADP. GTP yang terbentuk digunakan untuk

dekarboksilasi okosaloasetat menjadi fosfoenolpiruvat dalam glukoneogenesis, dan menghasilkan

hubungan regulatorik antara aktivitas siklus asam sitrat dan penghentian oksaloasetat untuk

glukoneogenesis. Jaringan non-glukoneogenetik hanya memiliki isoenzim yang menggunakan ADP.

      Jika metabolisme badan keton terjadi di jaringan eksrahepatik, terdapat suatu reaksi alternatif

yang dikatalisis oleh suksinil-KoA-asetoasetat-KoA transferase (tioforase) yang melibatkan

pemindahan KoA dari suksinil-KoA ke asetoasetat, dan membentuk aasetoasetil-KoA.

Gambar 1.3 Siklus asam sitrat (Krebs).  Oksidasi NADH dan FADH2 dalam rantau respiratorik

menyebabkan terbentuknya ATP melalui fosforilasi oksidatif. Untuk mengikuti perjalanan asetil KoA

melintasi siklus, dua atom karbon pada radikal asetil diperlihatkan berlabel pada karbon karbooksil

(*) dan pada karbon metal (˖). Meskipun dua atom karbon lenyap sebagai CO2 dalam satu putaran

siklus, tetapi berasal dari bagian molekul sitrat yang berasal dari oksaloasetat. Namun, setelah satu

putaran siklus selesai, oksaloasetat yang terbentuk kembali kini berlabel sehingga pada putaran

kedua siklus CO2 menjadi berlabel. Karena suksinat adalah suatu senyawa simetris, pada tahap ini

terjadi ‘pengacakan’ label sehingga keempat atom karbon oksaloasetat tampaknya terlabel setelah

satu putaran sikllus. Selama glukoneogenesis, sebagian label di oksaloasetat terserap di dalam

glukosa dan glikogen. Tampak tempat-tempat inhibisi ooleh fluoroasetat, malonat, dan arsenit.

(Murray, Robbert K.,dkk, Biokimia Harper, hal. 154)

      Metabolisme suksinat yang menyebabkan terbentuknya oksaloasetat, memiliki rangkaian reaksi

kimia yang sama seperti yang terjadi pada oksidasi-β asam lemak: dehidrogenasi untuk membentuk

ikatan rangkap karbon-ke-karbon, penambahan air untuk membentuk gugus hidroksil, dan

dehidrogenasi lebih lanjut untuk menghasilkan gugus okso pada oksaloasetat.

      Reaksi dehidrogenasi  pertama yang membentuk fumarat dikatalisis oleh suksinat

dehidrogenase yang terikat pada permukaan dalam membran dalam mitokondria. Enzim ini

memngandung FAD dan protein besi-sulfur dan secara langsung mereduksi ubikuinon dalam rantai

transpor elektron. Fumarase (fumarat hidratase) mengatalisis penambahan air pada ikatan

rangkap fumarat sehingga menghasilkan malat. Malat diubah menjadi oksaloasetat olehmalat

dehidrogenase, suatu reaksi yang memerlukan NAD+. Meskipun keseimbangan reaksi ini jauh

menguntungkan malat, namun aliran netto reaksi tersebut adalah ke oksaloasetat karena

oksaloasetat terus dikeluarkan (untuk membentuk sitrat, sebagai substrat  glukoneogenesis, atau

mengalami transaminasi menjadi apartat) sehingga reoksidasi NADH terjadi secara kontinue

F. SATU PUTARAN SIKLUS ASAM SITRAT MENGHASILKAN DUA BELAS ATP

      Akibat oksidasi yang dikatalisis oleh berbagai dehidrogenase pada siklus asam sitrat, dihasilkan

tiga molekul NADH dan FADH2 untuk setiap molekul aseti-KoA yang dikatabolisme per satu kali

putaran siklus. Ekuivalen pereduksi ini dipindahkan ke rantai respiratorik, tempat reoksidasi masing-

masing NADH menghasilkan pembentukan ~3 ATP, dan FADH2,~2 ATP. Selain itu, terbentuk 1 ATP

(atau GTP) melalui fosforilasi tingkat substrat yang dikatalisis oleh suksinat tiokinase.

G. VITAMIN BERPERAN PENTING DALAM SIKLUS ASAM SITRAT

Empat vitamin B merupakan faktor esensial dalam siklus asam sitrat sehingga juga  penting dalam

metabolism penghasil energi:

1. Ribovilamin, dalam bentuk flavin adenin dinukleotida (FAD), suatu kofaktor untuk suksinat

dehidrogenase;

2. Niasin, dalam bentuk niktiotinamid adenine dinukleotida (NAD), akseptor elektron untuk isositrat

dehidrogenase, α-ketoglutarat dehidrogenase, dan malat dehidrogenase;

3. Tiamin (vitamin B1), sebagai tiamin difosfat, koenzim untuk dekarboksilasi dalam reaksi α-

ketoglutarat dehidrogenase; dan

4. Asam pantotenat, sebagai bagian dari koenzim A, kofaktor yang melekat pada residu asam

karboksilat “aktif”, misalnya asetil-KoA dan suksinil-KoA.

H.  SIKLUS ASAM SITRAT BERPERAN PENTING DALAM METABOLISME

      Siklus asam sitrat tidak saja merupakan jalur untuk oksidasi unit dengan dua-karbon, tetapi juga

merupakan jalur utama untuk pertukaran sebagai metabolit yang berasal

daritransaminasi 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 amfibotik. (Gambar 1.4)

I.  SIKLUS ASAM SITRAT IKUT SERTA DALAM GLUKONEOGENESIS, TRANSAMINASI, DAN

DEAMINASI

      Semua zat antara pada siklus berpotensi glukogenik karena dapat menghasilkan oksaloasetat,

dan karenanya mampu menghasilkan glukosa (di hati dan ginjal, organ yang melaksanakan

glukoneogenesis). Enzim kunci yang mengkatalisis pemindahan netto keluar siklus untuk menuju

glukoneogenesis adalah  fosfoenolpiruvat karboksikinase yang mengatalisis dekarboksilasi

oksaloasetat menjadii fosfoenolpiruvat dengan GTP yang bekerja sebagai donor fosfat.

      Pemindahan netto ke dalam siklus terjadi melalui beberapa reaksi. Di antara berbagai

reaksi anaplerotik tersebut, yang penting adalah pembentukan oksaloasetat melalui karboksilasi

piruvat yang dikatalisis oleh piruvat karboksilase. Reaksi ini penting dalam mempertahankan

konsentrasi oksaloasetat yang memadai untuk reaksi kondensasi dengan asetil-KoA. Jika terjadi 

penimbunan asetil-KoA, zat ini akan berfungsi sebagai aktivator alosterik piruvat karboksilase dan

inhibitor piruvat dehidrogenase, sehingga pasokan oksaloasetat terjamin. Laktat, suatu substrat

penting untuk glukoneogenesis, memasuki siklus melalui oksidasi menjadi piruvat dan kemudian

mengalami karboksilasi menjadi oksaloasetat.

            Reaksi-reaksi aminotransferase (transaminase) membentuk  piruvat dari alanin,

oksaloasetat dari aspartat, dan α-ketoglutarat dari glutamat. Karena reaksi-reaksi ini bersifat

reversibel, siklus asam sitrat juga berfungsi sebagai sumber rangka karbon untuk membentuk asam-

asam amino ini. Asam-asam amino lain berperan dalam glukoneogenesis karena rangka karbonnya

menghasilkan zat-zat antara siklus asam sitrat. Alanin, sistein, glisin, hidroksiprolin, serin, treonin,

dan triptofan menghasilkan piruvat; arginin, histidin, glutamin, dan prolin menghasilkan fumarat

(lihat gambar 1.4).

 

Gambar 1.4 Keterlibatan siklus asam sitrat dalam transaminasi dan glukoneogenesis.Tanda

panah tebal menunjukkan jalur utama glikoneogenesis. . (Murray, Robbert K.,dkk, Biokimia Harper,

hal. 156)

      Pada hewan pemamah biak dengan bahan bakar metabolik utama berupa asam lemak rantai

pendek yang dibentuk oleh fermentasi bakteri, perubahan propionat, produk glukogenik utama

fermentasi rumen, menjadi suksinil-KoA melalui jalur metilmalonil-KoA sangat penting.  

J.  SIKLUS ASAM SITRAT IKUT SERTA DALAM SINTESIS ASAM LEMAK

      Asetil-KoA yang dibentuk dari piruvat oleh kerja piruvat dehidrogenase adalah substrat utama

untuk sintesis asam lemak rantai-panjang pada hewan bukan pemamah biak (gambar 1.5). (Pada

hewan pemamah biak, asetil-KoA berasal  langsung dari asetat). Piruvat dehidrogenase adalah

suatu enzim mitokondria, dan sintesis asam lemak berlangsung di sitosol; membran mitokondria

bersifat impermeabel terhadap asetil-KoA. Asetil-KoA disediakan di sitosol dari sitrat yang disintesis

di mitokondria, dipindahkan ke sitosol, dan dipecah dalam suatu reaksi yang dikatalisis oleh ATP-

sitrat liase. Sitrat hanya tersedia untuk pengangkutan keluar mitokondria ketika akonitase

mengalami saturasi oleh substratnya, dan sitrat tidak dapat disalurkan langsung dari sitrat ke

akonitase. Hal ini menjamin agar sitrat digunakan untuk sintesis asam lemak hanya jika jumlahnya

adekuat untuk menjamin kontinuitas aktivitas siklus.

 

Gambar 1.5 Peran serta siklus asam sitrat dalam sintesis asam lemak dari glukosa.(Murray,

Robbert K.,dkk, Biokimia Harper, hal. 157)

 

K.   REGULASI SIKLUS ASAM SITRAT BERGANTUNG TERUTAMA PADA PASOKAN

KOFAKTOR TEROKSIDASI   

      Di sebagian besar jaringan, dengan siklus asam sitrat yang berperan utama dalam metabolisme

penghasil energi, aktivitas siklus asam sitrat diatur oleh kontrol respiratorikmelalui rantai

respiratorik dan fosforilasi oksidatif. Oleh sebab itu,, aktivitas bergantung langsung pada pasokan

NAD+, yang selanjutnya,, karena keterkaitan erat antara oksidasi dan fosforilasi, bergantung pada

ketersediaan ADP dan pada akhirnya, bergantung pada kecepatan pemakaian ATP dalam reaksi

kimia dan kerja fisik. Selain itu, masing-masing enzimn dalam siklus tersebut juga diatur. Tempat

pengaturan yang paling mungkin adalah reaksi tak-setimbang yang dikatalisis oleh piruvat

dehidrogenase, sitrat sintase, isositrat dehidrogenase, dan α-ketoglutarat dehidrogenase. Berbagai

dehidrogenase diaktifkan olehh Ca2+ yang meningkat konsentrasinya selama kontraksi otot dan

sekresi saat terjadi peningkatan kebutuhan energi. Di jaringan seperti otak, yang sangat

berpengaruh pada karbohidrat untuk memperoleh asetil-KoA, kontrol siklus asam sitrat dapat terjadi

di piruvat dehidrogenase. Beberapa enzim berespons terhadap status energi seperti diperlihatkan

oleh rasio [ATP] / [ADP] dan [NADH] / [ NAD+]. Oleh sebab itu, terjadi rantai panjang. Aktivasi

alosterik isositrat dehidrogenase dependen-NAD mitokondria olehh ADP dilawan oleh ATP dan

NADH. Kompleks α-ketoklutarat dehidrogenase diatur dengan cara yang sama seperti piruvat

dehidrogenase. Suksinat dehidrogenase di hambat oleh oksaloasetat, seperti dikontrol oleh malat

dehidrogenase, bergantung pada rasio [NADH] / [NAD+]. Karena Km untuk oksloasetat pada ssitratt

sintase setara dengan konsentrasi intramitokondria, konsentrasi oksaloasetat agaknya mengontrol

laju pembentukan sitrat. Belum diketahui mekanisme mana dari berbagai mekanisme tersebut yang

penting bagi tubuh.

 

L.    SIKLUS ASAM SITRAT MENYELESAIKAN OKSIDASI MOLEKUL   ORGANIK YANG

MENGHASILKAN ENERGI

      Glikolosis melepaskan kurang dari seperempat energi kimia yang tersimpan dalam glukosa;

sebagian besar energi tetap tertumpuk di dalam kedua molekul piruvat. Jika ada oksigen molekular,

piruvat memasuki mitokondria (dalam sel eukariotik), ketika enzim-enzim dari siklus asam sitrat

menyelesaikan oksidasi glukosa. (Dalam sel prokariotik, proses ini terjadi di sitosol).

      Saat memasuki mitokondria melalui ttranspor aktif, piruvat pertama-tama diubah menjadi

senyawa yang disebut asetil koenzim A, atau asetil KoA (acetyl CoA, gambar 1.6). Langkah ini,

persambungan antara glikolisis dan siklus asam sitrat, diselesaikan oleh suatu kompleks multienzim

yang mengkatalis tiga reaksi:

1. Gugus karboksil (─COO-) piruvat, yang telah dioksidasi sepenuhnya sehingga hanya memiliki

sedikit energi kimia, disingkirkan dan dilepaskan sebagai CO2. (Inilah langkah pertama yang

melepaskan CO2 selama respirasi).

2. Fragmen berkarbon-dua yang tersisa dioksidasi, membentuk senyawa yang dinamai asetat

(bentuk terionisasi dari asam asetat). Suatu enzim mentransfer electron-elektron yang

terekstraksi ke NAD+, menyimpan energi dalam bentuk NADH.

3. Terakhir, koenzim A (KoA), suatu senyawapengandung sulfur yang berasal dari viitamin B,

dilekatkan ke asetat oleh suatu ikatan tidak stabil yang membuat gugus asetil (asetat yang

melekat) menjadi sangat reaktif. Karena sifat kimia gugus koenzim A (KoA), produk penyiapan

kimiawi ini, asetil koenzim A (KoA) memiliki energi potensial yang tinggi; dengan kata lain, reaksi

asetil koenzim A untuk menghasilkan produk-produk yang berenergi lebih rendah sangatlah

eksergonik. Molekul tersebut kini siap memasukkan gugus asetilnya ke dalam siklus asam sitrat

untuk dioksidasi lebih lanjut.

 

 

Gambar 1.6 Pengubahan piruvat menjadi asetil KoA, persambungan antara glikolisis dan

siklus asam sitrat.

Piruvat merupakan molekul bermuatan, sehingga dalam sel eukariotik piruvat harus memasuki

mitokondria melalui transpor aktif, dibantu oleh protein transpor. Berikutnya, suatu kompleks

beberapa enzim (kompleks piruvat dehidrogenase) mengkatalisis ketiga langkah yang dinomori,

yang dideskripsikan dalam teks. Gugus asetil pada asetil KoA akan memasuki siklus asam sitrat.

Molekul CO2 akan berdifusi keluar dari sel.

( Campbell, Neil A. and Reece, Jane B., 2010, hal. 184)

 

Di dalam daur siklus krebs atau siklus asam sitrat memiliki delapan langkah, yang masing-masing

dikatalisis oleh suatu enzim spesifik. Anda bisa melihat pada gambar 1.7  bahwa untuk setiap

putaran siklus asam sitrat, dua karbon (warna merah) masuk dalam bentuk gugus asetil yang relatif

tereduksi (langkah 1), sedangkan dua karbon yang berbeda (warna biru) meninggalkan siklus dalam

bentuk molekul CO2  yang teroksidasi sepenuhnya (langkah 3 dan langkah 4). Gugus asetil pada

asetil koenzim A (KoA) bergabung ke dalam siklus dengan cara berkombinasi dengan senyawa

oksalat, membentuk sitrat (langkah 1). (Sitrat adalah bentuk terionisasi dari asam sitrat, asal nama

siklus ini). Ketujuh lngkah berikutnya menguraikan sitrat kembali menjadi oksaloasetat.

Pembentukan kembali (regenerasi) oksaloasetat inilah yang membuat proses ini menjadi

suatu siklus.

Untuk setiap gugus asetil yang memasuki siklus, 3 NAD+ direduksi menjadi NADH (langkah 3,

langkah 4, dan lagkah 8). Pada langkah 6, elektron di transfer bukan ke NAD+ , melainkan ke FAD,

yang menerima dua elektron dan dua proton untuk menjadi FADH2. Pad banyak sel jaringan hewan,

langkah 5 menghasilkan molekul guanosin trifosfat (GTP) melalui fosforilasi tingkat substrat seperti

yang ditujukkan pada peraga ….. . GTP adalah molekul yang serupa dengan ATP dalam hal

struktur dan fungsi selularnya. GTP ini dapat digunakan untuk membuat molekul ATP (seperti yang

ditunjukkan) atau secara langsung memberikan tenaga bagi kerja di dalam sel.  Pada sel tumbuhan,

bakteri, dan beberapa jaringan hewan, langkah 5 membentuk suatu molekul ATP secara langsung

melalui fosforilasi tingkat substrat. Keluaran dari langkah 5 merepresentasikan satu-satunya ATP

yang dihasilkan secara langsung oleh siklus asam sitrat.

Sebagian besar ATP yang diproduksi oleh respirasi dihasilkan dari fosorilasi oksidatif, ketika NADH

dan FADH2 yang diproduksi oleh siklus asam sitrat meneruskan elektron-elektron yang diekstraksi

dari makanan ke rantai transpor elektron. Dalam proses terssebut, NADH dan FADH2 menyuplai

energi yang dibutuhkan untuk fosforilasi ADP menjadi ATP.

 

 

Gambar 1.7 Mengamati siklus asam sitrat dari dekat. Dalam struktur kimia, huruf berwarna

merah mengikuti perjalanan kedua atom karbon yang memasuki siklus melalui asetil koenzim A

(KoA) (langkah 1), sementara huruf berwarna biru mengindikasikan kedua karbon yang keluar dari

siklus sebagai CO2 dalam langkah 3 dan langkah 4. (Penggunaan huruf merah hanya sampai

langkah 5 karena molekul suksinat bersifat simetris; kedua ujungnya tidak dapat dibedakan).

Perhatikan bahwa atom-atom karbon yang memasuki siklus dari asetil koenzim A (KoA) tidak

meninggalkann siklus dalam putaran yang sama. Atom-atom  itu tetap berada dalam siklus,

menempati lokasi berbeda dalam molekul-molekul pada putaran berikutnya, setelah satu gugus

asetil lain ditambahkan. Sebagai akibatnya, oksaloasetat yang diregenerasi (dibentuk kembali) pada

langkah 8 terdiri atas atom-atom karbon berbeda pada setiap putaran. Dalam sel eukariotik, semua

enzim siklus asam sitrat terletak di dalam matriks mitokondria kecuali enzim yang mengkatalisis

langkah 6, yang berada dalam membran dalam mitokondria. Asam karboksilat direpresentasikan

dalam bentuk terionisasi, sebagai ─COO-, karena bentuk terionisasi mendominasi pada kondisi PH

di dalam mitokondria. Misalnya, sitrat dalam bentuk terionisasi dari asam sitrat.

( Campbell, Neil A. and Reece, Jane B., 2010, hal. 185)

 

DAFTAR PUSTAKA

 

-          Murray, Robert K.,dkk. 2006. BIOKIMIA HARPER EDISI 27. Jakarta : EGC

-          Campbell, Neil A. and Reece, Jane B. 2010. BIOLOGI JILID 1 EDISI 8. Jakarta : Erlangga

-          http://id.wikipedia.org/wiki/Siklus_asam_sitrat.10/03/2011.09:07

-          http://zaifbio.wordpress.com/2009/03/ .10/03/2011.09:29

BAB IPENDAHULUAN

1.1 Latar BelakangSiklus 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 intermediat 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.1.2 Tujuan Makalah1. Untuk mengetahui proses berlangsungnya siklus asam sitrat.2. Untuk mengetahui fungsi utama siklus asam sitrat.3. Untuk mengetahui faktor penghambat siklus asam sitrat.1.3 Rumusan Masalah1. Bagaimana tahapan-tahapan terjadinya siklus asam sitrat?2. Apa saja fungsi utama dari siklus asam sitrat?3. Apa faktor penghambat siklus asam sitrat?

BAB IIPEMBAHASAN

2.1 Tahapan Siklus Asam SitratTahap 1 Sitrat sintaseØAsetil KoA + oksaloasetat + H2O sitrat + KoA-SH. Merupakan reaksi kondensasi aldol yang disertai hidrolisis dan berjalan searah

Tahap 2ØSitrat diubah menjadi isositrat oleh enzim akonitase yang mengandung Fe++ caranya: mula-mula terjadi dehidrasi menjadi cis-akonitat (yang tetap terikat enzim) kemudian terjadi rehidrasi menjadi isositratTahap 3ØIsositrat dioksidasi menjadi oksalosuksinat (terikat enzim) oleh isositrat dehidrogenase yang memerlukan NAD+. Reaksi ini diikuti dekarboksilasi oleh enzim yang sama menjadi α-ketoglutarat. Enzim ini memerlukan Mn++ atau Mg++• Ada 3 jenis isozim isositrat dehidrogenase :- satu jenis isozim menggunakan NAD+ isozim ini hanya ditemukan di dalam mitokondria NADH + H+ yang terbentuk akan diteruskan dalam rantai respirasi- dua jenis isozim yang lain menggunakan NADP+ dan ditemukan dalam mitokondria dan sitosolTahap 4ØDekarboksilasi oksidatif α-ketoglutarat (caranya seperti pada dekarboksilasi oksidatif piruvat) menjadi suksinil KoA oleh enzim α-ketoglutarat dehidrogenase kompleks. Enzim ini memerlukan kofaktor seperti: TPP, Lipoat, NAD+, FAD dan KoA-SH. Reaksi ini secara fisiologis berjalan searah. Reaksi ini dapat dihambat oleh arsenit mengakibatkan akumulasi atau penumpukan α-ketoglutarat.Tahap 5 Suksinat thikonaseØSuksinil KoA Suksinat. Reaksi ini memerlukan ADP atau GDP yang dengan Pi akan membentuk ATP atau GTP. Juga memerlukan Mg++. Reaksi ini merupakan satu-satunya dalam siklus asam sitrat yang membentuk senyawa fosfat berenergi tinggi pada tingkat substrat. Pada jaringan dimana glukoneogenesis terjadi (hati dan ginjal) terdapat 2 jenis isozim suksinat thiokonase, satu jenis spesifik GDP, satu jenis untuk ADP. Pada jaringan nonglukoneogenik hanya ada isozim yang menggunakan ADPTahap 6 Suksinat dehidrogenaseØSuksinat + FAD Fumarat + FADH2. Reaksi ini tidak lewat NAD, dihambat oleh malonatTahap 7 FumaraseØFumarat + H2O L-MalatTahap 8 Malat dehidrogenaseØL-Malat + NAD+ Oksaloasetat + NADH + H+. Reaksi ini membentuk kembali oksaloasetatJadi semua tahapan siklus asam sitrat menghasilkan reaksi total :Asetil KoA + 3NAD+ + FAD + ADP (atau GDP) + Pi + H2O 2CO2 + KoA-SH + 3 NADH + 3 H+ + FADH2 + ATP (atau GTP) atau dengan gambar seperti di bawah ini:

Penjelasan:1. Reaksi Dehidroginase, menggunakan NAD+ 3 ATP, yang menggunakan FAD (tidak lewat NAD+) 2 ATP

2. Suksinat thikonase : 1 ATP atau 1 GTP3. Reaksi yang menghasilkan CO2 (dekarboksilasi oksidatif): reaksi yang dikatalisis oleh isositrat dehidrogenase dan α-ketoglutarat dehidrogenase kompleks4. Vitamin B yang berperan pada siklus asam sitrat sebagai bentuk koenzimnya: Thiamin TPP, Niacin NAD, Riboflavin FAD, Asam pantotenat KoAJumlah energi yang terbentuk dari Siklus Asam Sitrat:1. Oksidasi 1 mol asetil KoA lewat siklus asam sitrat menghasilkan :- 3 mol (NADH + H+) yang akan masuk rantai respirasi menghasilkan 3 x 3 mol ATP = 9 mol ATP- 1 mol FADH2 yang akan masuk rantai respirasi menghasilkan 2 mol ATP- Enzim suksinat thiokinase menghasilkan 1 mol ATP ( atau GTP )2. Jadi dari 1 mol asetil KoA dihasilkan 12 mol senyawa fosfat berenergi tinggi2.2 Fungsi Utama Siklus Asam Sitrat1. 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)2. 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 energiDapat disintesis menjadi senyawa lain, misalnya menjadi :- glukosa (melalui glukoneogenesis)- asam amino tertentu- asam lemak (lipogenesis)2.3 Faktor penghambat Siklus Asam SitratFluoroasetat, dengan KoA-SH membentuk fluoroasetil-KoA. Fluoroasetil-KoA berkondensasi dengan oksaloasetat membentuk fluorositrat (dikatalisis oleh sitrat sintase). Fluorositrat menghambat akonitase terjadi akumulasi sitrat. Fluoroasetat didapatkan misalnya pada pestisida• Malonat : menghambat suksinat dehidrogenase• Arsenit : menghambat α-ketoglutarat dehidrogenase kompleks

BAB IIIKESIMPULAN DAN SARAN

3.1 Kesimpulan1. Siklus asam sitrat merupakan lintasan akhir bagi oksidasi karbohidrat, lipid dan protein. Siklus ini mengkatalisasikan kombinasi metabolit utamya asetil ko-A dengan oksaloasetat untuk membentuk sitrat. Melalui serangkaian reaksi dehidroginase dan dekarboksilasi, sitrat akan teruarai dengan

melepaskan unsur-unsur ekuivalen pereduksi serta 2CO2 dan kembali menghasilkan kembali oksaloasetat.2. Siklus asam sitrat bersifat amfibolik karena memiliki peranan metabolik lainnya disamping oksidasi. Siklus ini mengambil bagian dalam proses glukoneogenesis, transminasi, deaminasi dan sintesis asam lemak.3. Fluoroasetat merupakan faktor penghambat dari siklus asam sitrat.

3.2 SaranSeharusnya kita lebih banyak lagi mempelajari tentang siklus asam sitrat, agar kita bisa tahu lebih banyak lagi tentang teori-teori siklus asam sitrat ini.

Share this: