Dalam dunia biokimia, terdapat proses yang sangat penting untuk menghasilkan energi yang sel-sel tubuh butuhkan. Proses tersebut dikenal sebagai siklus Krebs dalam metabolisme seluler.
Siklus asam sitrat atau siklus asam trikarboksilat ini mencakup proses biokimia yang terjadi di dalam mitokondria sel eukariotik. Anda bisa menjelajahi keseluruhan konsep dasarnya, mulai dari sejarah, tahapan, hingga prosesnya pada artikel berikut ini.
Daftar ISI
Pengertian dan Konsep Siklus Krebs
Siklus Krebs yang juga disebut siklus asam sitrat atau siklus asam trikarboksilat adalah rangkaian reaksi kimia yang terjadi di dalam mitokondria sel untuk menghasilkan energi melalui oksidasi zat-zat organik.
Konsep siklus ini mengacu pada prinsip bahwa senyawa organik, seperti asam piruvat yang berasal dari degradasi glukosa, akan teroksidasi secara bertahap untuk menghasilkan energi yang akan sel gunakan.
Prosesnya berawal dari produksi asam piruvat yang berasal dari glikolisis. Kemudian, asam piruvat tersebut berubah menjadi asetil-KoA melalui serangkaian reaksi kimia. Asetil-KoA akan memasuki siklus Krebs dan berinteraksi dengan oksaloasetat untuk membentuk asam sitrat.
Melalui serangkaian reaksi, asam sitrat akan berubah kembali menjadi oksaloasetat. Sambil menghasilkan karbondioksida (CO2), adenosin trifosfat (ATP), nikotinamida adenosin dinukleotida hidrogen (NADH), dan flavin adenina dinukleotida (FADH2) sebagai produk sampingan.
Siklus asam sitrat memiliki beberapa fungsi penting dalam metabolisme sel. Salah satunya adalah menghasilkan ATP yang merupakan sumber energi utama dalam sel.
Selain itu, siklus asam sitrat juga menghasilkan molekul pembawa elektron seperti NADH dan FADH2. Molekul-molekul tersebut akan berguna dalam proses fosforilasi oksidatif untuk menghasilkan lebih banyak ATP.
Sejarah Siklus Krebs
Sejarah siklus Krebs bermula ketika seorang ahli biokimia Jerman bernama Hans Adolf Krebs melakukan serangkaian penelitian yang mengarah pada penemuan siklus metabolisme pada tahun 1937.
Krebs adalah salah satu ilmuwan yang paling berpengaruh dalam bidang biokimia dan metabolisme sel. Penemuan siklus ini berkontribusi besar terhadap pemahaman manusia tentang proses produksi energi di dalam sel.
Melalui penelitiannya, Krebs berhasil mengisolasi serangkaian reaksi kimia yang berulang dalam mitokondria yang mana sekarang Anda kenal sebagai siklus Krebs.
Penemuan ini tidak hanya memberikan wawasan mendalam tentang bagaimana sel menggunakan zat-zat organik untuk menghasilkan energi. Tetapi juga memberikan landasan pemahaman lebih lanjut tentang respirasi seluler dan proses metabolisme lainnya.
Dalam penghargaan atas kontribusinya, Krebs mendapat anugerah Hadiah Nobel dalam bidang Fisiologi atau Kedokteran pada tahun 1953. Sebab, penemuannya telah menjadi tonggak penting dalam bidang biokimia dan menjadi dasar bagi penelitian lebih lanjut tentang metabolisme sel.
Fungsi Siklus Krebs
Siklus asam sitrat ini memiliki beberapa fungsi penting dalam metabolisme sel. Berikut adalah beberapa fungsi utamanya:
1. Menghasilkan Energi
Salah satu fungsi utamanya adalah menghasilkan energi yang sel-sel tubuh perlukan untuk menjalankan berbagai aktivitas. Melalui reaksi-reaksi kimia yang terjadi dalam siklus, substrat organik dipecah dan energi kimia dilepaskan dalam bentuk ATP.
2. Memproduksi Molekul Pembawa Elektron
Selain itu, siklus asam sitrat juga berperan dalam memproduksi molekul pembawa elektron, seperti NADH dan FADH2. Molekul-molekul ini nantinya akan bemanfaat dalam proses fosforilasi oksidatif untuk menghasilkan lebih banyak ATP.
3. Menyediakan Prekursor untuk Reaksi Biokimia Lainnya
Bebeberapa senyawa dalam siklus Krebs juga berfungsi sebagai prekursor untuk reaksi biokimia lainnya di dalam sel. Misalnya, asetil-KoA dapat berguna dalam sintesis lemak serta oksaloasetat bermanfaat dalam sintesis asam amino.
4. Oksidasi Maksimal Karbohidrat, Protein, dan Lipid
Selain itu, siklus ini juga merupakan tahap penting dalam metabolisme karbohidrat, protein, dan lipid.
Melalui reaksi kimia yang terjadi dalam siklus ini, zat-zat tersebut mengalami oksidasi secara maksimal dan berubah menjadi asam asetil ko-2 H. Oksidasi tersebut menghasilkan energi yang tubuh perlukan untuk fungsi seluler dan aktivitasnya sehari-hari.
5. Mengatur dan Mengendalikan Sistem Enzim
Terakhir, siklus asam sitrat berperan dalam mengatur dan mengendalikan aktivitas enzim yang terlibat dalam proses metabolisme. Berkat interaksi dengan molekul, senyawa, dan komponen lainnya dalam siklus, sistem enzim dapat diatur secara efisien.
8 Tahapan dalam Siklus Krebs
Secara teori, tahapan siklus Krebs terdiri dari serangkaian reaksi kimia yang berulang namun terorganisir dengan baik. Nantinya, tahapan tersebut akan membentuk suatu siklus yang berkelanjutan.
Setiap tahapan berperan penting dalam menghasilkan berbagai molekul pembawa energi, seperti NADH dan FADH2, serta menghasilkan ATP secara langsung melalui reaksi fosforilasi substrat.
Melalui serangkaian tahapan yang terkoordinasi dengan baik, proses ini memainkan peran sentral dalam produksi energi seluler. Tahapan ini penting untuk menghasilkan energi yang sel perlukan untuk menjalankan berbagai fungsi fisiologisnya. Berikut adalah penjelasan rinci tentang tahapan-tahapan dalam siklus Krebs:
1. Pembentukan Asam Sitrat
Tahap pertama berawal ketika asam oksaloasetat dan asetil-KoA bergabung untuk membentuk asam sitrat. Reaksi ini dikatalisis oleh enzim asam sitrat sintase.
2. Isomerisasi Asam Sitrat
Kemudian, asam sitrat yang terbentuk mengalami serangkaian reaksi isomerisasi yang melibatkan perubahan posisi ikatan gugus hidroksil dan karboksilat pada molekul. Tahap ini dikatalisis oleh enzim aconitase.
3. Oksidasi Isositrat
Selanjutnya, asam isositrat mengalami oksidasi yang dikatalisis oleh enzim isositrat dehidrogenase. Proses ini akan menghasilkan NADH dan mengubah isositrat menjadi α-ketoglutarat.
4. Oksidasi α-Ketoglutarat
Pada tahap ini, α-ketoglutarat teroksidasi oleh enzim α-ketoglutarat dehidrogenase. Reaksi ini nantinya akan menghasilkan NADH dan mengubah α-ketoglutarat menjadi suksinil-KoA.
5. Reaksi Energi Tinggi
Kemudian, suksinil-KoA berinteraksi dengan GDP untuk membentuk suksinil-KoA fosfat dan GTP. Enzim suksinil-KoA sintetase berperan sebagai katalisator dalam reaksi ini.
6. Pembentukan Fumarat
Suksinil-KoA fosfat selanjutnya mengalami hidrolisis dan berubah menjadi fumarat. Nantinya, reaksi ini dikatalisis oleh enzim suksinat tiokinase dan suksinat dehidrogenase.
7. Hidrasi Fumarat
Kemudian, fumarat mengalami hidrasi dan berubah menjadi malat melalui reaksi yang dikatalisis oleh enzim fumarase.
8. Oksidasi Malat
Terakhir, malat akan teroksidasi menjadi oksaloasetat oleh enzim malat dehidrogenase. Reaksi ini menghasilkan NADH dan memulihkan oksaloasetat awal, sehingga siklus dapat dimulai kembali.
Reaksi yang Terjadi dalam Siklus Krebs
Siklus Krebs adalah proses vital dalam metabolisme aerobik di mana molekul makanan seperti glukosa, asam lemak, dan asam amino berubah menjadi energi yang akan sel gunakan nantinya.
Proses ini tidak hanya menghasilkan energi, tetapi juga menghasilkan bahan kimia yang penting dalam sintesis molekul lainnya dalam sel. Berikut ini reaksi-reaksi yang terjadi dalam tiap tahapnya:
1. Pembentukan Sitrat
Oksaloasetat (4C) bergabung dengan asetil-KoA (2C) untuk membentuk sitrat (6C) :
Oksaloasetat + Asetil-KoA -> Sitrat
2. Isomerisasi Sitrat
Sitrat mengalami isomerisasi menjadi isositrat oleh enzim aconitase:
Sitrat -> Isositrat
3. Oksidasi Isositrat
Isositrat mengalami oksidasi oleh enzim isositrat dehidrogenase, sehingga menghasilkan α-ketoglutarat, CO2, dan NADH:
Isositrat + NAD+ -> α-ketoglutarat + CO2 + NADH
4. Oksidasi α-ketoglutarat
Senyawa α-ketoglutarat mengalami oksidasi oleh enzim α-ketoglutarat dehidrogenase, sehingga menghasilkan sukkinil-KoA, CO2, dan NADH:
α-ketoglutarat + NAD+ + KoA -> sukkinil-KoA + CO2 + NADH
5. Reaksi Suksinil-KoA
Suksinil-KoA mengalami reaksi dengan GDP, sehingga menghasilkan sukkinat, GTP, dan CoA:
Suksinil-KoA + GDP -> sukkinat + GTP + KoA
6. Oksidasi Suksinat
Suksinat mengalami oksidasi oleh enzim sukkinat dehidrogenase, sehingga menghasilkan fumarat dan FADH2:
suksinat + FAD -> fumarat + FADH2
7. Hidrasi Fumarat
Fumarat mengalami hidrasi oleh enzim fumarase, sehingga menghasilkan malat:
fumarat + air -> malat
8. Oksidasi Malat
Malat mengalami oksidasi oleh enzim malat dehidrogenase, sehingga menghasilkan oksaloasetat, NADH, dan CO2:
malat + NAD+ -> oksaloasetat + NADH + CO2
Pada kesimpulannya, siklus ini menghasilkan tiga molekul NADH, satu molekul FADH2, satu molekul GTP (yang dapat menghasilkan ATP), dua molekul CO2, serta meregenerasi oksaloasetat untuk memulai siklus Krebs kembali.
Melalui serangkaian reaksi di atas, siklus asam sitrat menghasilkan energi yang tersimpan dalam bentuk molekul ATP serta energi pembawa elektron NADH dan FADH2. Kemudian, NADH dan FADH2 akan berguna dalam lintasan respirasi seluler lainnya untuk menghasilkan lebih banyak ATP melalui fosforilasi oksidatif.
Sudah Paham Mengenai Konsep Siklus Krebs?
Dalam artikel ini, kita telah membahas siklus Krebs, sebuah proses penting dalam metabolisme sel yang menghasilkan energi dalam bentuk ATP.
Siklus ini melibatkan serangkaian tahapan dan reaksi kimia yang berkesinambungan untuk menguraikan zat-zat organik dan menghasilkan produk samping seperti CO2, ATP, NADH, dan FADH2.
Melalui pemahaman konsep, sejarah, tahapan, proses, hingga reaksi yang terjadi di dalamnya, Anda bisa lebih memahami peran pentingnya dalam fungsi seluler dan menjaga keseimbangan metabolisme dalam tubuh kita.
