Siklus Krebs Lengkap – Proses, Fungsi dan Regulasi Siklus TCA

Siklus Krebs adalah bagian penting dari respirasi anaerob yang berfungsi sebagai proses penghasil energi utama makhluk hidup aerobik. Baik organisme prokariotik maupun eukariotik. Siklus yang dikenal sebagai siklus asam sitrat dan siklus asam trikarboksilat ini mengubah asam piruvat dari Glikolisis dan jalur metabolisme lain menjadi energi siap pakai, energi pereduksi, dan CO2.

Siklus yang juga dikenal sebagai siklus asam sitrat ini memiliki tahapan yang panjang. Tahapan ini dimulai dengan dekarboksilasi oksidatif asam piruvat menjadi asetil-CoA. Anda bisa mempelajari tahapan, fungsi, dan hasil reaksi-reaksi dalam siklus krebs pada artikel ini.

Sejarah Siklus Krebs

Siklus asam sitrat ini pertama kali dipelajari oleh ilmuwan peraih hadiah Nobel, Albert Szent-Györgyi, seorang Nobel Laurette 1937 pada periode 1930-an dan berhasil mendeteksi salah satu senyawa kunci dari siklus ini yakni asam fumarat. Szent-Gyorgyi menemukan senyawa tersebut pada otot dada merpati.

sejarah siklus krebs
Foto Hans A. Krebs. Ilmuwan perumus siklus krebs

Studi mengenai siklus asam sitrat ini akhirnya berhasil dirampungkan oleh Hans A. Krebs dan Arthur Johnson. Krebs akhirnya mendapat hadiah nobel seperti Albert Szent-Györgyi pada tahun 1953. Pada akhirnya,  para ilmuwan sepakat menamai siklus yang ditemukannya ini Siklus Krebs.

Definisi, Tahapan, dan Fungsi Siklus Krebs

Definisi, Letak dan Fungsi Siklus Asam Sitrat

Fungsi Siklus Asam Sitrat

Siklus asam sitrat adalah rangkaian reaksi biokimia pada sel yang bertujuan menghasilkan energi. Energi dihasilkan dengan mengoksidasi asetat hasil metabolisme karbohidrat, lemak, dan protein. Tahapan reaksi dalam siklus krebs akan menghasilkan energi siap pakai (ATP atau GTP), energi pereduksi (NADH dan FADH2) dan karbondioksida.

Siklus Krebs juga berfungsi menyediakan prekursor atau bahan baku beberapa biomolekul, terutama asam amino, heme, asam lemak, kolesterol, dll.

Letak Reaksi-reaksi Siklus Asam Sitrat

Untuk organisme eukariotik termasuk mikroorganisme eukariotik seperti cendawan (khamir, kapang dan jamur), siklus krebs terjadi pada organel mitokondria, mesin pemanen energi sel. Spesifiknya terletak pada matriks mitokondria
proses glikolisis dan siklus krebs
Hubungan antara proses glikolisis dan siklus krebs pada sel eukariotik
Sedangkan siklus krebs pada organisme prokariotik, terjadi langsung pada sitoplasma sel, karena organisme prokariotik tidak memiliki organel endomembran pengasil energi yakni mitokondria.

Dekarboksilasi Oksidatif dan Reaksi Penyuplai Asetil-CoA Lain

substrat dan produk siklus krebs
Prekursor siklus krebs dapat masuk dari berbagai jalur

Bahan baku utama Siklus Krebs adalah molekul Asetil-CoA. Molekul ini dihasilkan dari metabolisme lipid, asam amino, dan dekarboksilasi oksidatif asam piruvat. Asam piruvat adalah produk glikolisis. Molekul ini akan diubah menjadi asetil-CoA melalui reaksi tersebut. Reaksi ini pada dasarnya adalah menghilangkan sebuah gugus karboksilat pada asam piruvat menghasilkan asetil dan molekul karbondioksida.

Berikut tahapan reaksi dekarboksilasi oksidatif secara umum:

  1. Asam piruvat (3 atom karbon) dihilangkan gugus karboksilatnya (1 atom karbon) oleh piruvat dekarboksilase
  2. Produk berupa senyawa dengan dua atom karbon dioksidasi oleh NADH menjadi asam asetat, NAD+, karbondioksida, dan sebuah proton
  3. Sebuah molekul coenzyme A (koenzim A) bereaksi dengan asam asetat menjadi asetil-CoA

Rangkuman dari reaksi diatas adalah: 2 pyruvat + 2 NAD+ + 2 CoA + 2 acetyl-CoA + 2 NADH + 2H+ + 2CO2

reaksi dekarboksilasi oksidatif
Reaksi dekarboksilasi oksidatif mengubah asam piruvat menjadi Asetil-CoA, bahan baku utama siklus asam sitrat.

Metabolisme Lipid

Lipid akan dipecah menghasilkan asam lemak dan gliserol. Gliserol dapat dengan mudah diubah menjadi DHAP untuk oksidasi dalam glikolisis atau sintesis menjadi glukosa dalam glukoneogenesis. Sedangkan asam lemak dipecah menjadi dua buah asetil-CoA melalui reaksi beta oksidasi.

reaksi betaoksidasi
Reaksi beta oksidasi menghasilkan Asetil-CoA untuk siklus krebs dari asam lemak (Sumber: LibreTexts.org)

Langkah-langkah Proses Siklus Krebs Secara Lengkap

 Secara lengkap dan singkat, proses tahapan siklus krebs terjadi sebagai berikut:
  1. Penggabungan molekul asetil-KoA dengan oksaloasetat dan membentuk asam sitrat. Enzim yang digunakan dalam reaksi ini adalah enzim asam sitrat sintetase.
  2. Tahap kedua yang disebut isomerase sitrat dibantu oleh enzim akonitase yang menghasilkan isositrat. Hasil isositrat inilah yang membuat nama lain siklus krebs adalah siklus asam sitrat
  3. Enzim isositrat dehidrogenase mengubah isositrat menjadi alfa-ketoglutarat dengan bantuan NADH. Setiap satu reaksi melepaskan satu molekul karbon dioksida.
  4. Alfa ketoglutarat diubah menjadi suksinil-CoA. Reaksi dikatalisasi oleh enzim alfa-ketoglutarat dehidrogenase.
  5. Suksinil-CoA diubah menjadi suksinat dengan mengubah GDP + Pi menjadi GTP. GTP digunakan untuk membentuk ATP.
  6. Suksinat yang dihasilkan dari proses sebelumnya akan didehidrogenasi menjadi fumarat dengan bantuan enzim suksinat dehidrogenase.
  7. Terjadi hidrasi yaitu penambahan atom hidrogen pada ikatan karbon ganda (C=C) yang ada pada fumarat sehingga menghasilkan malat.
  8. Enzim malat dehidrogenase mengubah malat menjadi oksaloasetat. Oksaloasetat yang dihasilkan berfungsi untuk menangkap asetil-CoA, sehingga siklus Krebs akan terus berlangsung. Pada tahap ini juga dihasilkan NADH ketiga dari NAD+.

Enzim yang Terlibat dalam Siklus TCA

enzim siklus krebs
Skema Proses Siklus Krebs Lengkap dan 8 jenis Enzim yang Terlibat
  1. Citrate synthase : Enzim yang menyintesis asam sitrat dengan cara menggabungkan Asetil-coA dengan oksaloasetat. Reaksi kondensasi ini dilakukan dengan menggunakan sebuah molekul air  dan dilepaskan molekul koenzim A.
  2. Acotinate hydratase: Adalah enzim yang mengkatalis reaksi isomerasi asam sitrat menjadi isositrat dengan molekul intermediet cis-aconitate
  3. Isocitrate dehydrogenase: Enzim ini mengkatalis reaksi dekarboksilasi oksidatif isositrat menjadi alfa-ketoglutarat dan karbon dioksida. Pada reaksi ini juga terjadi pelepasan H+ yang digunakan untuk memproduksi NADH
  4. Alfaglutarat-dehidrogenase : Enzim yang berperan dalam dehidrogenasi alfaketoglutarat
  5. Suksinil koenzim A sintetase (suksinat tiokinase) mengkatalisis pembentukan suksinat dan koenzim-A, metabolit 4-karbon, dari suksinil-KoA. Succinyl-CoA synthetase mengkatalisasi langkah reversibel dalam siklus asam sitrat, yang melibatkan fosforilasi tingkat-substrat G3P.
  6. Succinate dehydrogenase atau succinate-coenzyme Q reductase (SQR) atau Complex II adalah kompleks enzim multiprotein yang mengkatalisas oksidasi suksinat menjadi fumarat dengan mereduksi ubiquinone menjadi ubiquinol.
  7. Fumarase (atau fumarat hidratase) adalah enzim yang mengkatalisis reversibel hidrasi / dehidrasi fumarat untuk S-malat. Sel memiliki dua jenis Fumarase: Isoenzim mitokondria dan sitosol/sitoplasma. Fumarase yang berperan dalam Siklus Krebs adalah isoenzim mitokondria
  8. Malat dehidrogenase (EC 1.1.1.37) (MDH) adalah enzim dalam siklus asam sitrat yang mengkatalisis konversi malat menjadi oksaloasetat (menggunakan NAD +) dan sebaliknya (ini adalah reaksi reversibel)

Rangkuman Substrat, Enzim, Produk, dan reaksi siklus Krebs

No Reaksi Produk Enzim Tipe reaksi Keterangan
1 Oxaloacetate +
Acetyl CoA +
H2O
Citrate +
CoA-SH
Citrate synthase Kondensasi aldol reaksi irreversible. Mengkonversi molekul dengan 4 atom karbon (oksaloasetat) menjadi molekul dengan 6 atom karbon (sitrat)
2 Sitrat cisAconitate +
H2O
Aconitase Dehidrasi Isomerasi reversibel
3 cis-Aconitate +
H2O
Isocitrate Hidrasi
4 Isocitrate +
NAD+
Oxalosuccinate +
NADH + H +
Isocitrate dehydrogenase Oxidation Menghasilkan NADH  (setara dengan 2.5-3 ATP)
5 Oksalosuksinat őĪ-Ketoglutarate¬†+
CO2
Dekarboksilasi Reaksi irreversibel yang menghasilkan senyawa beratom karbon 5 dan 1 karbondioksida
6 őĪ-Ketoglutarate¬†+
NAD+ +
CoA-SH
Succinyl-CoA +
NADH + H+ +
CO2
őĪ-Ketoglutarate dehydrogenase Oxidative
decarboxylation
Reaksi irreversibel, menghasilkan 1 NADH, 1 karbondioksida, dan molekul dengan 4 atom karbon
7 Succinyl-CoA +
GDP + Pi
Succinate +
CoA-SH +
GTP
Succinyl-CoA synthetase substrate-level phosphorylation Menghasilkan 1 molekul GTP yang setara dengan 1 ATP
8 Succinate +
ubiquinone (Q)
Fumarate +
ubiquinol (QH2)
Succinate dehydrogenase Oxidation Menghasilkan FADH2 (setara dengan 1.5 (2) ATP
9 Fumarate +
H2O
L-Malate Fumarase H2O addition
(hydration)
10 L-Malate +
NAD+
Oxaloacetate +
NADH + H+
Malate dehydrogenase Oxidation Reaksi reversibel, bergantung pada kesetimbangan malat dalam sel. Menghasilkan NADH (setara 2.5-3 ATP)

Rangkuman Hasil Reaksi dalam TCA

Hasil reaksi dari siklus krebs adalah CO2 dan beberapa molekul berenergi tinggi seperti NADH, NADPH, FADH dan ATP yang dirangkum dalam persamaan reaksi berikut:
Molekul-molekul berenergi tinggi seperti NADH, NADPH dan FADH bukanlah molekul berenergi yang dapat langsung dipakai oleh sel, kecuali dalam proses biosintesis biomolekul. Tiga molekul tersebut harus direduksi dalam rantai transpor elektron untuk menggerakkan proton motion force dan mensintesis ATP.

Intermediet dalam Proses Siklus Krebs Dapat Menjadi Bahan Sintesis Biomolekul Esensial Sel

Beberapa intermediet ini dapat menjadi prekursor dalam reaksi biosintesis beberapa molekul esensial sel seperti yang dirangkum dalam skema berikut:
gambar siklus krebs
Gambar proses dan produk dari siklus krebs. Produk tersebut akan menjadi prekursor dari beberapa senyawa vital lain

Regulasi Siklus Asam Sitrat

Siklus Krebs atau asam sitrat adalah siklus amfibolik yang menyuplai energi dan prekursor-prekursor berbagai sintesis biomolekul dalam sel. Maka dari itu, Siklus ini diregulasi berdasarkan status energi dalam sel dan ketersediaan intermediet yang dihasilkan dari reaksi didalamnya.
Contohnya adalah keberadaan oksigen yang diperlukan sebagai aseptor elektron saat molekul berenergi tinggi seperi NADH dan FADH direduksi untuk menyintesis ATP, akan mengontrol enzim-enzim yang berperan dalam ini.
Contohnya adalah enzim 2-ketoglutarate dehydrogenase yang tidak diproduksi secara anaerobik tanpa adanya aseptor elektron pengganti lain, nitrat misalnya.
regulasi siklus krebs
Enzim yang berperan penting dalam regulasi siklus asam sitrat ini adalah Citrate synthase yang direpresi ekspresi gen penyandinya oleh NADH dan ATP atau keberadaan 2-ketoglutarate yang terakumulasi.
Akumulasi tiga senyawa tersebut memberi sinyal pada sel bahwa telah tersedia banyak energi dan prekursor untuk menjalankan aktivitas biologis sel.

Reaksi Anaplerotik Intermediet Siklus Krebs

Reaksi anaplerotik adalah reaksi pembentukan senyawa intermediet suatu siklus metabolisme dari senyawa intermediet siklus lain.
Contohnya adalah saat suatu bakteri ditumbuhkan pada media minimal (glukosa dan garam mineral saja) ternyata tidak mampu tumbuh, dapat diduga bahwa bakteri tersebut adalah mutan yang memanfaatkan PEP karboksilase (1) sebagai sekuens anaplerotiknya,
hingga hanya dapat tumbuh jika dalam medium tersebut juga diberi beberapa intermediet hasil siklus krebs.
Reaksi anaplerotik yang melibatkan siklus krebs
Misalnya adalah penambahan glutamat pada medium yang akan dideaminasi menjadi őĪ-ketoglutarat oleh glutamate-dehydrogenase yang selanjutnya akan masuk kedalam siklus TCA¬†untuk menghasilkan energi berupa ATP dan beberapa intermediet lain yang dibutuhkan dalam proses biologis sel tersebut

Jumlah Energi (ATP) yang Dihasilkan Dalam Siklus Asam Sitrat

Total ATP yang dihasilkan adalah = 12 ATP

  • 3 NADH = 9 ATP
  • 1 FADH2 = 2 ATP
  • 1 ATP = 1 ATP

Dari seluruh proses diatas, dapat disimpulkan bahwa sebenarnya siklus krebs ini mengubah asetil COA dan air menghasilkan CO2 dan molekul berenergi tinggi seperti ATP, NADH dan FADH

Rekayasa Siklus Krebs dalam Bioteknologi

Pertanyaan Seputar Siklus Krebs

Apa itu Siklus Krebs?

Siklus Krebs adalah rangkaian reaksi biokimia yang mengoksidasi asetat hasil metabolisme karbohidrat, lemak, dan protein menjadi energi siap pakai (ATP), energi pereduksi (FADH2 dan NADH), serta CO2

Fungsi dari Siklus Krebs Adalah

Menghasilkan energi siap pakai (ATP), energi pereduksi (NADH dan FADH2), dan menyediakan prekursor biosintesis asam amino, asam lemak, asam nukleat dan biomolekul penting lain

Siklus Krebs terjadi di

Siklus Krebs terjadi di sitoplasma sel prokariotik dan di matriks mitokondria sel eukariotik

Nama Lain dari Siklus Krebs adalah

Siklus Krebs juga dikenal sebagai siklus asam sitrat dan siklus asam trikarboksilat

Hasil dari Siklus Krebs adalah

Dari tiap molekul Asetil-CoA, Hasil Siklus Krebs adalah: 1 ATP, 3 NADH, 1 FADH2, 2 CO2, dan 3 H+

Penemu Siklus Krebs adalah

Siklus asam sitrat ini pertama kali dipelajari oleh Albert Szent-Györgyi. Lalu dirampungkan oleh Hans A. Krebs dan Arthur Johnson.

Download Artikel Lengkap Siklus Krebs PDF

Anda dapat mendownload artikel siklus asam sitrat ini dalam bentuk file PDF pada link berikut.

Daftar Pustaka dan Ilustrasi

Jurtshuk P Jr.. Bacterial Metabolism. In: Baron S, editor. Medical Microbiology. 4th edition. Galveston (TX): University of Texas Medical Branch at Galveston; 1996. Chapter 4. Available from: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK7919/

Kim, B.H., Gadd, M.G. Bacterial Physiology and Metabolism. Cambridge, 2008. ISBN 9780521712309
Moat, A.G., Foster, J.W., Spector, M.P. Microbial Physiology, 4th ed. Wiley-Liss, Inc. New York, NY, 2002. ISBN 9780471461197
Krebs, HA. 1970. The history of the tricarboxylic acid cycle.  1970 Autumn;14(1):154-70.


Pencarian terkait:

Summary
Siklus Krebs Lengkap: Fungsi, Tahapan, dan Produknya
Article Name
Siklus Krebs Lengkap: Fungsi, Tahapan, dan Produknya
Description
Siklus Krebs adalah reaksi pemanenan energi dari asetil COA yang dihasilkan dari pemecahan karbohidrat, protein, dan lemak Tempat terjadinya Siklus Krebs adalah pada sitoplasma sel prokariot dan pada matriks mitokondria pada sel eukariot Fungsi utama Siklus Krebs adalah untuk menghasilkan energi berupa ATP, NADPH, dan FADH2. Siklus ini juga menyediakan prekursor biosintesis asam amino dan biomolekul lain Produk Hasil dari Siklus Krebs adalah: 4 molekul karbondioksida 2 molekul ATP 2 molekul FADH2 6 molekul NADH dan 6 molekul proton
Author
Laila Karomah
Publisher Name
Mikrobio.NET

2 thoughts on “Siklus Krebs Lengkap – Proses, Fungsi dan Regulasi Siklus TCA”

Leave a Comment