Makalah Siklus Kreb

SIKLUS KREB

Karya : Eko Putera Sampoerna

PENDAHULUAN

Siklus asam sitrat (siklus kreb, siklus asam dikarboksilat) merupakan rangkaian reaksi didalam mitokondria yang menyebabkan metabolisme residu asetil, dengan membebaskan sejumlah ekuivalen hidrogenyang pada oksidasi menyebabkan pelepasan dan penangkapan sebagian besar energi yang tersedia di bahan bakar jaringan, dalam bentuk ATP. Residu asetil ini berada dalam bentuk asetil-KoA (CH₃−CO~S−KoA, asetat aktif) suatu ester koenzim A. Ko-A mengandung vitamin asam pantotenat.

FUNGSI UTAMA SIKLUS KREB

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.

REAKSI SIKLUS KREB

Siklus reaksi diawali dengan reaksi antara asetil KoA dan (2C) dan asam oksaloasetat (4C) yang menghasilkan asam trikarboksilat, sitrat. Selanjutnya sejumlah 2 molekul atom CO₂dirilis dan teregenerasi. Sebenarnya hanya sedikit oksaloasetat yang dibutuhkan untuk menginisiasi siklus asam sitrat sehingga oksaloasetat dikenal dengan perannnya sebagai agen katalitik pada siklus Krebs.

 

TAHAPAN REAKSI SIKLUS KREB

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

Ø Klinis: Reaksi ini dapat dihambat oleh arsenit mengakibatkan akumulasi atau 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 satu-satunya 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,

ØKlinis: 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

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

Regulasi siklus Asam Sitrat diatur oleh:

Ø  Citrate Synthase

Ø  Isocitrate dehydrogenase

Ø  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

Regulasi Siklus Asam Sitrat

ü  Kontrol allosterik dari siklus enzim

ü  Isocitrate dehydrogenase

ü  α-ketoglutarate dehydrogenase

ü  pyruvate dehydrogenase phosphatase

ü  ADP - allosteric activator dari isocitrate dehydrogenase

ü  ATP - inhibibis isocitrate dehydrogenase

ü  Ca2+ - activasi pyruvate dehydrogenase phosphatase,

ü  Isocitrate dehydrogenase, α-ketoglutarate dehydrogenase

SIFAT AMFIBOLIK SIKLUS ASAM SITRAT

Siklus asam sitrat bersifat amfibolik, yang artinya memiliki dua sifat yaitu anabolik (sintesis molekul untuk menjadi senyawa yang lebih kompleks) maupun katabolik (pemecahan molekul menjadi molekul yang lebih sederhana) hal ini disebabkan karena senyawa intermidiete harus digantikan.

Pintasan yang menggunakan senyawa intermidiete siklus asam sitrat adalah:

1.      Biosintesis glukosa (glukoneogenesis) –oxaloacetate.

(yang ditransportasikan sebagai malate)

2.      Biosintesis lipid -acetyl-CoA from ATP-citrate lyase.

ATP + citrate + CoA → ADP + Pi + oxaloacetate + acetyl-CoA

3.      Biosintesis asam amino - α-ketoglutarate (dehidrogenasi atau transaminasi dari glutamate) dan transaminasi oxaloacetate.

4.      Biosintesi porfirin - succinyl-CoA.

Sifat amfibolik yang dimiliki oleh siklus Asam Sitrat berkaitan dengan reaksi anaplerotik yang berperan menggantikan senyawa intermidiet siklus Krebs yang habis:

·         Pyruvate carboxylase

Pyruvate + CO2 + ATP + H2O oxaloacetate + ADP + Pi.

·         Oksidasi asam lemak - succinyl-CoA.

·         Katabolisme (Ile, Met, Val) - succinyl-CoA.

·         Transaminasi dan deaminasi asam amino untuk menjadi - α- ketoglutarate dan oxaloacetate.

ATP dapat dihasilkan:

3 NADH         = 9ATP

FADH2           = 2ATP

GTP                 = 1ATP+

TOTAL           = 12ATP

Masuknya asam amino ke dalam siklus Krebs

Transaminasi asam amino oksaloasetat dan α-ketoglutarat mengandung rantai karbon yang homolog dengan asam amino aspartat dan glutamat. Piruvat juga homolog dengan alanin. Persediaan asam amino ini melebihi keperluan biosintesis protein, kelebihannya dapat segera diubah menjadi zat-antara siklus Krebs dan oksidasi kerangka karbonnya dapat menghasilkan energi.

Sebaliknya, asam-asam amino ini diperlukan misalnya untuk biosintesis, pembentukannya menggunakan analog asam keto yang didaur Krebs. Sehingga, demikian, daur Krebs yang biasa diartikan sebagai jalur katabolik dalam keadaan tertentu mempunyai fungsi anabolik.

Interkonversi reversible antara asam α-amino dan α-keto dikatalisis oleh transaminase, aminotransferase yang berperan sebagai perantara pertukaran gugus karbonil dan gugus amino antara oksaloasetat glutamat dan piruvat glutamat.

Reaksi-reaksi anaplerotik

Pengisian kekurangan/reaksi anaplerotik dibutuhkan untuk menjamin kecukupan zat-antara siklus Krebs. Hal ini diperlukan karena siklus Krebs dapat mengalami kekurangan zat intermidiet, diakibatkan karena peningkatan biosintesis aspartat dan glutamat. Keperluan akan zat antara dapat meningkat akibat jika terdapat sejumlah besar piruvat atau asetil KoA sehingga menipiskan oksaloasetat sebagai reseptor yang diperlukan pada sintesis sitrat.

a.      Piruvat karboksilase. Pada kondisi dibebaskannya epinefrin sebagai akibat tekanan emosi dapat dibentuk piruvat dari glukosa dan asetil KoA dari asam lemak dapat dibentuk dalam jumlah yang besar.

Pada kondisi demikian, piruvat yang berlebih, akan diubah menjadi enzim alosterik dengan asetil KoA sebagai efektor positif.  

Konsentrasi asetil KoA yang tinggi akan mengaktifkan piruvat karboksilase untuk sintesis oksaloasetat. Pada tahapan berikutnya, oksaloasetat menerima gugus asetil KoA sehingga terbentuk sitrat yang sekarang dihasilkan lebih banyak dari biasa

b.      Enzim malat. Reaksi ini akan merubah sebagian besar piruvat dari piruvat yang masuk menjadi malat melalui reaksi karboksilasi reduktif. Malat yang merupakan produksi tambahan dengan mudah diubah menjadi oksaloasetat.

Di antara kedua jalur anaplerotik ini lebih diutamakan jalur piruvat karboksilase, Enzim malat namun demikian lebih reversibel dan menghasilkan lebih banyak NADPH yang diperlukan pada sintesis asam lemak.

Kompartementalisasi mitokondria

Untuk kelangsungan fungsi mitokondria yang normal diperlukan kadar zat antara yang mencukupi kerja enzim dan juga adanya keseimbangan osmotik dan ion antara mitokondria dan sitosol. Tidak semua zat dalam sitosol dapat menembus mitokondria; contoh enzim sitosol (karena ukuran yang terlalu besar).

Koenzim sitosol, seperti NAD⁺ dapat menembus membran luar karena ukurannya kecil, akan tetapi, tidak menembus membran dalam mitokondria.

Membran luar mitokondria permeabel terhadap hampir semua molekul kecil dan ruang yang terselubungi oleh membran ini dinamakan ruang-luar mitokondria.

Ringkasan permeabilitas membran:

1.      NAD, NADP, NADH, dan NADPH tidak menembus membran dalam mitokondria.

2.      Zat intermidiete daur Krebs dapat bergerak dari luar dan ke dalam mitokondria dengan beberapa pengecualiaan, biasanya dengan perantaran translokase.

3.      Asam amino yang dapat menghasilkan zat-antara daur Krebs atau piruvat dapat juga tembus ke ruang-dalam mitokondria.

4.      ATP dan ADP dapat menembus dengan translokase khusus.

Translokase atau enzim sistem transport

Memiliki sifat mirip dengan enzim yang bekerja pada larutan, akan tetapi karena kerjanya bukan mengkatalisis reaksi namun mengakibatkan perubahan muatan kovalen substrat sehingga seringkali tidak digolongkan sebagai enzim. Konsep translokase ini menggarisbawahi konsep bahwa gerakan zat yang keluar-masuk mitokondria sangat teratur dan terkontrol. Setiap translokase merupakan sistem mandiri dan ada kerja-sama antar sistem.