Siklus krebs (Krebs cycle)

Reaksi Siklus Krebs

   Siklus asam sitrat atau yang dikenal juga dengan sebagai siklus krebs atau siklus asam trikarboksilat merupakan lintasan akhir bersama oksidasi karbohidrat, lipid dan protein. Adalah peran dari HA Krebs (1937) yang telah memberikan sumbangan percobaan eskperimental dan konseptual agar siklus ini dapat dipahami.

   Siklus Krebs terkait dengan segi metabolisme biokimia yang sebenarnya; bahan yang masuk berasal dari karbohidrat dapat keluar membentuk lemak, sedangkan bahan yang masuk berasal dari asam amino dapat keluar membentuk karbohidrat. Namun, teramat jarang ialah dari lemak menuju karbohidrat.

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 berperanan pada siklus asam sitrat terdapat didalam mitokondria.   

   Siklus reaksi diawali dengan reaksi antara asetil KoA dan (2C) dan asam oksaloasetat (4C) yang menghasilkan asam trikarboksilat, sitrat. Selanjutnya sejumlah 2 molekul atom CO2 dirilis dan teregenerasi. Sebenarnya hanya sedikit oksaloasetat yang dibutuhkan untuk menginisiasi siklus asam sitrat sehingga oksaloasetat dikenal dengan perannnya sebagai agen katalitik pada siklus Krebs.

Fungsi Utama Siklus Krebs

1. Menghasilkan karbondioksida terbanyak pada jaringan manusia.
2. Menghasilkan sejumlah koenzim tereduksi yang menggerakkan rantai pernapasan untuk produksi ATP.
3. Mengkonversi sejumlah energi serta zat intermidiet yang berlebihan untuk digunakan pada sintesis asam lemak.
4. Menyediakan sebagian bahan keperluan untuk sintesis protein dan asam nukleat.
5. Melakukan pengendalian langsung (produk bakal produk) atau tidak langsung (alosterik) terhadap sistem enzim lain melalui komponen- komponen siklus.

Tahapan Reaksi Siklus Krebs

Tahap 1. sitrat sintase (hidrolisis)

Asetil KoA + oksaloasetat + H2O sitrat + KoA-SH

Merupakan reaksi kondensasi aldol yg disertai hidrolisis dan berjalan searah

--> Klinis: sitrat sintase sangat spesifik terhadap zat yang dikerjakan. Flouroasetil KoA dapat menggantikan gugus –asetil KoA. Flourosasetat kadang digunakan sebagai racun tikus. Bila termakan dapat berakibat fatal

Tahap 2. aconitase, memerlukan 2 tahap

Sitrat diubah menjadi isositrat oleh enzim akonitase yg mengandung Fe++ caranya : mula-mula terjadi dehidrasi menjadi cis-akonitat ( yg tetap terikat enzim )kemudian terjadi rehidrasi menjadi isositrat

Tahap 3. isositrat dehidrogenase (dekarboksilasi pertama)

Isositrat dioksidasi menjadi oksalosuksinat (terikat enzim) oleh isositrat dehidrogenase yg memerlukan NAD+

Reaksi ini diikuti dekarboksilasi oleh enzim yg sama menjadi α-ketoglutarat. Enzim ini memerlukan Mn++ / Mg++

Ada 3 jenis isozim isositrat dehidrogenase :

satu jenis isozim menggunakan NAD + (intramitokondria) -> isozim ini hanya ditemukan di dalam mitokondria NADH + H + yg terbentuk akan diteruskan dalam rantai respirasi

Dua jenis isozim yg lain menggunakan NADP+ dan ditemukan di luar mitokondria (ekstramitokondria) dan sitosol

Tahap 4. α-ketoglutarat dehidrogenase kompleks (dekarboksilasi)

Dekarboksilasi 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

--> Klinis: Reaksi ini dapat dihambat oleh arsenit mengakibatkan akumulasi / penumpukan α-ketoglutarat

Tahap 5. suksinat thikonase (fosforilasi tingkat substrat)

Suksinil KoA -> Suksinat

Reaksi ini memerlukan ADP atau GDP yg dengan Pi akan membentuk ATP atau GTP. Juga memerlukan Mg++

Reaksi ini merupakan satu2nya dalam TCA cycle yg membentuk senyawa fosfat berenergi tinggi pada tingkat substrat

Pada jaringan dimana glukoneogenesis terjadi (hati & ginjal) terdapat 2 jenis isozim suksinat thiokonase, satu jenis spesifik GDP, satu jenis untuk ADP.

Pada jaringan nonglukoneogenik hanya ada isozim yg menggunakan ADP

Tahap 6: Suksinat dehidrogenase (dehidrogenasi & oksidasi)

Suksinat + FAD -> Fumarat + FADH2

Reaksi ini tdak lewat NAD,

--> Klinis: dihambat oleh malonat, asam dikarboksilat berkarbon 3. Suksinat dapat tertimbun dan pernapasan terhambat

Tahap 7 : Fumarase (dehidrasi)

Fumarat + H2O -> L-Malat

Tidak memerlukan koenzim

Tahap 8: Malat dehidrogenase

L-Malat + NAD+ -> Oksaloasetat + NADH + H+

Reaksi ini membentuk kembali oksaloasetat

Terdapat 6 isozim MDH, 50% isozim MDH adalah tipe IV

--> Klinis: kerusakan jaringan seringkali mengakibatkan kenaikan MDH tetapi pemeriksaan MDH tidak lazim dilakukan, karena lebih mudah untuk memeriksa dengan LDH

Energetika Siklus Krebs

Persamaan berikut ini menunjukkan rangkuman reaksi kimia siklus Krebs:

Asetil KoA + 3NAD + +FAD + GDP + Pi + 2H2O --> 2CO2 + KoASH + 3NADH + H+ + FADH2 + GTP

Untuk setiap molekul asetil KoA yang mengalami pembakaran dalam siklus adalah 12 mol

Regulasi siklus Asam Sitrat diatur oleh:

• citrate synthase
• isocitrate dehydrogenase
• α-ketoglutarate dehydrogenase

Konsumsi oksigen, reoksidasi NADH, dan produksi ATP yang dikoupling

Kontrol regulasi:

1. Ketersediaan substrat – oxaloacetate menstimulasi sitrat sintase
2. Inhibis produk- substrat sitrat berkompetisi dengan oksaloasetat untuk sitrat sintase, NADH menginhibisi isositrat dehidrogenase dan α-ketoglutarate dehydrogenase, succinyl-CoA menginhibisi α-ketoglutarate dehydrogenase
3. Inhibisi feedback kompetitif - NADH menginhibisi sitrat sintase, suksinil KoA berkompetisi dengan asetil KoA pada reaksi sitrat sintase. Regulator penting: Substrat -acetyl-CoA dan oksaloasetat memproduksi - NADH

Ciri siklus Krebs terkait dengan jumlah atom karbon memiliki 2 kekhasan:

1. Masuknya dua karbon ke dalam siklus Krebs sebagai asetil KoA dan keluarnya 2 atom karbon sebagai CO2 memberikan makanya tidak ada hasil bersih atom karbon.
2. Atom karbon yang keluar sebagai CO2 tidak sama dengan yang masuk sebagai asetil KoA.

Ringkasan

• Siklus Krebs merupakan sarana pengaruh bermacam zat yang berasal dari berbagai jalur metabolisme menjadi beberapa macam zat-antara yang lazim berperan pada jalur katabolisme dan anabolisme
• Beberapa enzim berperan sebagai alat bantu, mengkatalisis berbagai reaksi anaplerotik untuk mempertahankan dan atau mengisi kembali komponen-komponen siklus Krebs
• Kepentingan siklus Krebs erat rangkaiannya dengan rantai pernapasan serta dihasilkannya ATP yang diperlukan pada gerakan, transportasi, dan biosintesis