Siklus Krebs

Siklus Krebs, juga dikenal sebagai siklus asam sitrat atau siklus asam trikarboksilat, adalah suatu rangkaian reaksi biokimia yang terjadi di dalam mitokondria sel eukariotik. Siklus ini merupakan bagian penting dari metabolisme seluler, terlibat dalam oksidasi penuh asam piruvat yang dihasilkan dari glikolisis menjadi karbon dioksida dan energi dalam bentuk ATP.

Siklus Krebs

  • Siklus Krebs atau siklus asam trikarboksilat atau siklus asam sitrat merupakan jalur metabolik penting dalam sel yang berfungsi sebagai gerbang untuk metabolisme aerobik, mengubah molekul menjadi gugus asetil atau asam dikarboksilat.
  • Siklus ini terjadi di dalam mitokondria (kecuali enzim suksinat dehidrogenase berada di membran mitokondria bagian dalam)
  • Terdapat tiga enzim kunci untuk regulasi siklus krebs: sitrat sintase, isositrat dehidrogenase, dan alfa-ketoglutarat dehidrogenase.
  • Siklus Krebs sangat penting untuk perkembangan dan pertumbuhan terutama sistem endotelial yang membentuk pembuluh darah dan limfatik.
  • Oksigen tidak diperlukan dalam glikolisis, tetapi diperlukan dalam siklus Krebs untuk memastikan fosforilasi oksidatif yang efisien.
  • Siklus Krebs menghasilkan intermediat yang merupakan prekursor untuk proses katabolik dan anabolik lainnya.
  • Pada tingkat seluler, metabolisme glukosa dan siklus krebs adalah sebagai berikut:

Sumber gambar: https://id.wikipedia.org/

 

  • Oksidasi asetil CoA dalam delapan langkah:

  • Pada akhir siklus, oksaloasetat yang dihasilkan dapat berpartisipasi kembali dengan asetil-CoA untuk memulai siklus baru.
  • Selama oksidasi asetil-CoA dalam siklus Krebs, energi disimpan dalam bentuk molekul NADH+H+, FADH2, dan GTP, yang kemudian akan digunakan dalam rantai transpor elektron untuk produksi ATP melalui fosforilasi oksidatif.

Oksidasi Asam Lemak dan Glukosa

  1. Oksidasi asam lemak
    • Asam lemak yang tersimpan dalam jaringan adiposa akan dipecah menjadi asam lemak bebas di sitosol sel.
    • Meskipun asam lemak dipecah oleh oksidasi menjadi asetil-CoA dan juga disintesis dari asetil-CoA, oksidasi asam lemak bukanlah proses reversible dari biosintesis asam lemak tetapi merupakan proses yang sepenuhnya berbeda
    • Setiap langkah dalam oksidasi asam lemak melibatkan derivatif asil-CoA dikatalisis oleh enzim terpisah, menggunakan NAD+ dan FAD sebagai koenzim, dan menghasilkan ATP.
    • Oksidasi asam lemak yang meningkat merupakan ciri khas dari kelaparan dan diabetes mellitus, dan menyebabkan peningkatan produksi badan keton oleh hati (ketosis).
    • Oksidasi asam lemak terjadi di mitokondria sehingga asam lemak akan diangkut oleh darah dalam bentuk asam lemak bebas (ALB).
    • Masuknya asam lemak ke dalam mitokondria mekanisme adalah sebagai berikut:




      Sumber gambar: Rodwell et al. (2015)

    • Di dalam mitokondria, asam lemak mengalami proses oksidasi melalui jalur β-oksidasi.
    • Proses oksidasi asam lemak menghasilkan FADH2 dan NADH untuk pembentukan ATP melalui fosforilasi oksidatif.
    • Mekanisme oksidasi asam lemak setelah menembus membran mitokondria, secara singkat sebagai berikut:




  2. Oksidasi Glukosa
    • Glikolisis merupakan jalur pertama dalam respirasi seluler yang terlibat dalam oksidasi glukosa.
    • Glikolisis melibatkan serangkaian langkah reaksi yang menghasilkan produk berupa ATP.
    • Mekanisme oksidasi glukosa meliputi tiga jalur utama: glikolisis, siklus Krebs (siklus asam sitrat), dan fosforilasi oksidatif melalui rantai transport elektron.

Reaksi Redoks

  • Redox adalah singkatan dari reduksi-oksidasi. Ini adalah reaksi kimia di mana terjadi perpindahan elektron antara molekul atau atom, mengakibatkan perubahan tingkat oksidasi mereka
  • Dalam reaksi redoks, ada dua komponen utama yang terlibat:
    • Reduksi: penambahan elektron ke suatu zat,
    • Oksidasi kehilangan elektron dari suatu zat.
  • Reaksi redoks melibatkan transfer elektron antara zat yang terlibat. Agen reduktor memberikan elektron, sementara agen oksidator menerima elektron.
  • Bilangan oksidasi merupakan cara untuk menentukan tingkat oksidasi atau reduksi suatu unsur dalam senyawa atau ion dimana peningkatan menunjukkan oksidasi, sementara penurunan menunjukkan reduksi
  • Contoh reaksi redoks:
    • Dalam produksi energi dikenal molekul nicotinamide adenine dinucleotide (NAD)
    • NAD dapat ada dalam dua bentuk: NAD+ dan NADH yang merupakan pasangan redoks yang menggambarkan bentuk tereduksi dan teroksidasi dari atom atau molekul yang sama.
    • Saat NAD+ diubah menjadi NADH, ia menerima sebuah molekul hidrogen bermuatan (H+) dan dua elektron.
    • NADH tidak memiliki tanda "+" di sampingnya karena muatan positif NAD+ dan H+, yang dikombinasikan dengan dua elektron, saling mengimbangi dan menetralisir molekul NADH yang dihasilkan.
    • NAD+ berperan dalam proses seluler penting seperti metabolisme sehat dan produksi energi seluler.

Sumber gambar: Rodwell et al. (2015)

Produksi GTP

  • Guanosine triphosphate (GTP) disintesis melalui proses yang disebut fosforilasi tingkat substrat selama siklus asam Krebs yang dikonversi dari GDP (guanosine diphosphate) 
  • Sintesis GTP terjadi di matriks mitokondria dan dikatalisis oleh enzim succinyl-CoA synthetase 
  • Konversi GDP menjadi GTP terjadi khususnya selama konversi succinyl-CoA menjadi suksinat dalam siklus krebs.
  • GTP dapat digunakan sebagai sumber energi dalam berbagai proses seluler. (e.g. pada sintesis protein: GTP memberikan energi untuk pembentukan ikatan peptida selama translasi)
  • GTP dapat dikonversi kembali menjadi GDP melalui hidrolisis gugus fosfat terminal. 
  • Konversi antara GTP dan GDP adalah reversibel dan diatur dengan ketat untuk menjaga keseimbangan energi seluler yang tepat.
  • Produksi keseluruhan GTP selama siklus asam sitrat adalah bagian dari proses pembentukan energi dalam respirasi seluler.

Karbondioksida: Produk Akhir dari Oksidasi dalam Siklus Krebs

  • Karbon dioksida merupakan produk samping yang penting dari glikolisis dan siklus asam sitrat (siklus Krebs).
  • Karbon dioksida dibawa melalui tiga mekanisme dalam aliran darah: gas terlarut, bikarbonat, dan karbaminohemoglobin.
  • Transportasi dan ekskresi karbondioksida:

 

  • Transportasi dan eliminasi karbon dioksida penting dalam mengatur pH darah.
  • Perubahan tekanan parsial karbon dioksida dapat menyebabkan perubahan pH darah.
  • Karbon dioksida juga terkait dengan transportasi oksigen dan terjadi melalui fenomena Bohr dan Haldane.
    1. Fenomena Bohr: Ketika kadar CO2 ↑ dan pH ↓ → hemoglobin akan melepaskan oksigen dengan lebih mudah → oksigen lebih mudah diambil oleh jaringan


      Sumber gambar: https://byjus.com/

    2. Fenomena Haldane:  Ketika O terikat pada hemoglobin → hemoglobin menjadi lebih asam → afinitasnya terhadap CO2 berkurang →  CO2 lebih mudah terlepas dari darah dan diekskresikan melalui pernapasan.


      Sumber gambar: https://www.youtube.com/@USMLEQA

Regenerasi Oksaloasetat

  • Regenerasi oksaloasetat adalah proses penting dalam siklus Krebs yang memungkinkan siklus berjalan terus-menerus
  • Oksaloasetat adalah senyawa awal dalam siklus Krebs yang berfungsi sebagai substrat pertama untuk reaksi siklus.
  • Setelah oksaloasetat bereaksi dengan asetil-CoA untuk membentuk citrat, reaksi selanjutnya dalam siklus Krebs menghasilkan energi dalam bentuk ATP, NADH, FADH2, dan CO2 yang kemudian digunakan oleh sel untuk berbagai proses biologis.
  • Setelah reaksi berlangsung, oksaloasetat akan dikonsumsi dan mengurangi konsentrasinya dalam matriks mitokondria. Namun, untuk siklus Krebs berjalan terus-menerus, oksaloasetat harus dihasilkan kembali.
  • Regenerasi oksaloasetat terjadi melalui beberapa jalur:
    • Reaksi katalitik oleh enzim malat dehidrogenase malat dehidrogenase mengoksidasi malat menjadi oksaloasetat.
    • Reaksi katalitik oleh enzim aspartat aminotransferase. Aspartat aminotransferase mentransfer gugus asam amino dari aspartat ke α-ketoglutarat, menghasilkan oksaloasetat dan glutamat.

Referensi

  1. Rodwell VW, Bender DA, Botham KM, Kennely PJ, and Weil PA. Harper’s Illustrated Biochemistry. 30th ed. McGraw-Hill Education; 2015
  2. Doyle J, Cooper JS. Physiology, Carbon Dioxide Transport. [Updated 2022 Jul 5]. In: StatPearls [Internet]. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing; 2023 Jan-. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK532988/
  3. Alabduladhem TO, Bordoni B. Physiology, Krebs Cycle. [Updated 2022 Nov 23]. In: StatPearls [Internet]. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing; 2023 Jan-. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK556032/

Daftar Isi

Customer Support umeds