Materi Siklus Krebs

SIKLUS KREBS (Biologi)

D

I

S

U

S

U

N

Oleh :

Puspita Sari. R

Pratiwi Iskandar

Nurul Amelia

Musdalifa

NurHikma

Nurul Ulfa

Ira Putri Utami

XI ipa 2

SMA NEGERI 1 BARAKA

Tahun Pelajar 2012/2013

 

A.   DEFINISI SIKLUS KREBS

• Adalah satu seri reaksi yang terjadi di dalam mitokondria yang membawa katabolisme residu asetyl, membebaskan ekuivalen hidrogen, yang dengan oksidasi menyebabkan pelepasan dan penangkapan ATP sebagai kebutuhan energi jaringan.

B.   TUJUAN SIKLUS KREBS

• Menjelaskan reaksi-reaksi metabolik akhir yang umum terdapat pada jalur biokimia utama katabolisme tenaga
• Menggambarkan bahwa CO2 tidak hanya merupakan hasil akhir metabolisme, namun dapat berperan sebagai zat antara, misalnya untuk proses lipogenesis.
• Mengenali peran sentral mitokondria pada katalisis dan pengendalian jalur-jalur metabolik tertentu, mitokondria berfungsi sebagai penghasil energi.

C.    FUNGSI

• Menghasilkan sebagian besar CO₂
• Metabolisme lain yang menghasilkan CO₂ misalnya jalur pentosa phospat atau P3 (pentosa phospat pathway) atau kalau di harper heksosa monofosfat.
• Sumber enzym-enzym tereduksi yang mendorong RR ( Rantai Respirasi)
• Merupakan alat agar tenaga yang berlebihan dapat digunakan untuk sintesis lemak sebelum pembentukan TG untuk penimbunan lemak
• Menyediakan prekursor-prekursor penting untuk sub-sub unit yang diperlukan dalam sintesis berbagai molekul
• Menyediakan mekanisme pengendalian langsung atau tidak langsung untuk lain-lain sistem enzym

D.   DAUR SIKLUS KREBS

• Karbohidrat , Protein dan Lemak /Lipid akan dimetabolisme yang hasil akhirnya menjadi asetyl Co-A, dimana asetyl Co-A merupakan substrat untuk siklus krebs.
• Kemudian dari siklus krebs dihasilkan CO₂, Hidrogen (FAD NAD) dan ATP.
• Hidrogen (reducing ekivalen) merupakan substrat untuk rantai respirasi (RR).
• Siklus krebs harus berjalan dalamSiklus Asam Sitrat (Siklus Krebs)

Keterangan:

• Substrat siklus krebs adalah asetyl Co-A.
• Asetyl Co-A akan bereaksi dengan oksalo asetat (OAA) à hasilnya sitrat
• Asam sitrat rumusnya beda dengan asam askorbat (vitamin C), kalau vitamin C itu rumusnya lebih mirip glukosa. Manusia tidak bisa menghasilkan vitamin C karena ada suatu reaksi yang terputus dimana manusia itu tidak mempunyai enzim L-glunoluase oksidase yang mengoksidasi glukosa menjadi vitamin C.
• Dari isositrat ke alfa-ketoglutarat membebaskan CO₂ dan NADH (koenzim).
• Kalau menghasilkan NADH pasti membutuhkan NAD.
• NAD à dalam bentuk teroksidasi
• NADH à dalam bentuk tereduksi
• NAD merupakan derivat vitamin B₃.

1. B₁ à thiamin
2. B₂ à riboflavin
3. B₃ à niasin

• Koenzim yang terkait dengan ATP hanya vitamin B₂ dan B₃.
• Kekurangan vitamin B akan mengganggu metabolisme energi.
• NADH à enzimnya isositrat dehidrogenase.
• NADH akan masuk ke rantai respirasi melepaskan hidrogen dan menghasilkan 3 ATP. Sedangkan FADH menghasilkan 2 ATP
• Dekarboksilasi oksidasi à melepaskan CO₂.
• Dari alfa-keto menjadi suksinil Co-A à prosesnya dekarboksilasi oksidasi.
• Dari succynyl Co-A menjadi succinate langsung dihasilkan ATP.
• Reaksi yang menghasilkan ATP langsung: siklus krebs, glikolisis, fosforilasi oksidatif, dan rantai respirasi.
• Lemak penghasil ATP paling banyak tapi tidak menghasilkan ATP secara langsung. Lemak banyak menghasilkan NADH dan FADH.
• Dari succinate menjadi fumarate dihasilkan FADH₂, membutuhkan koenzim FAD (derivat vitamin B₂), dihasilkan 2 ATP.
• Dari malate ke oxaloacetat dihasilkan NADH 3 ATP.
• Total ATP untuk 1 putaran (1 asetyl Co-A) siklus krebs à 12 ATP.
• Glikolisis à 2 asetyl Co-A
• Lemak à 8 asetyl Co.A
• 1 mol glukosa à 2 kali putaran
• 1 mol lemak à 8 kali putaran
• Karbohidrat disimpan di dalam becak-bercak sitoplasma di dalam hepar.
• Hepar dapat bertahan menyimpan glikogen à 0,5 gram
• Berfungsi mengoksidasi hasil glikolisis mjd CO₂ dan juga menyimpan energi ke bentuk molekul berenergi tinggi spt ATP, NADH, FADH₂
• Sentral dalam siklus oksidatif dlm respirasi à dimana semua makromolekul dikatabolis (Karbohidrat, Lipid dan Protein)
• Untuk kelangsungannya membutuhkan : NAD, FAD, ADP, Pyr (piruvat) dan OAA
• Menghasilkan senyawa intermedier yg penting à asetil Co A, a KG & OAA
• Asam amino yang dihasilkan dari alfa-ketoglutarat melalui proses transamnasi à glutamat. Kalau asam oksaloasetat à aspartat
• Merupakan prekursor untuk biosintesis makromolekul – makromolekul
• Siklus krebs selain sebagai jalur akhir karbohidrat , lemak dan protein, juga merupakan jalur awal ari makromolekul-makromolekul.
• Jalur akhir à katabolisme à mengubah KH à asetyl Co.A
• Jalur awal à anabolisme
• Berfungsi dalam katabolisme dan juga anabolisme à amfibolik
• Katabolisme à memproduksi molekul berenergi tinggi
• Anabolisme à memproduksi intermedier untuk prekursor biosintesis makromolekul

Jadi Dalam setiap siklus:

• 1 gugus asetil ( molekul 2C) masuk dan keluar sebagai 2 molekul CO₂
• Dalam setiap siklus : OAA digunakan untuk membentuk sitrat à setelah mengalami reaksi yang panjang à kembali diperoleh OAA
• Terdiri dari 8 reaksi : 4 mrpkn oksidasi à dimana energi à digunakan utk mereduksi NAD dan FAD
• Dihasilkan: 2 ATP, 8 NADH, 2 FADH₂
• Tidak diperlukan O₂ pada TCA, tetapi digunakan pada Fosforilasi oksidatif à untuk memberi pasokan NAD, shg piruvat dapat di ubah menjadi Asetil Co A

E.    SIKLUS KREBS-TRIKARBOKSILAT- ASAM SITRAT

• Siklus Krebs disebut juga: SIKLUS ASAM SITRAT Karena senyawa pertama yang terbentuk adalah asam sitrat.
• Siklus krebs juga disebut SIKLUS ASAM TRIKARBOKSILAT (-COOH) Karena hampir di awal-awal siklus krebs, senyawanya tersusun dari asam trikarboksilat. Trikarboksilat itu merupakan gugus asam (-COOH).
• SIKLUS KREBS Karena yang menemukan adalah Mr.Hans Krebs ( 1937) seorang ahli biokimia terkenal mendapatkan Nobel Prize in Physiology or Medicine (1953) dalam metabolisme karbohidrat

VISI DAN MISI DARI JALUR RESPIRASI INI ADALAH MENGHASILKAN ENERGI.

• Jadi Kalau kita mengkonsumsi karbohidrat di dalam mulut akan dicerna jadi maltose (oleh ptyalin) dan hasil akhirnya adalah glukosa di dalam duodenum maka akan masuk ke sel mengalami glikolisis , yang nantinya hasil akhirnya asam piruvat apabila suasana sitoplasma tempat terdapatnya asam piruvat itu aerob sehingga mitocondria dipastikan penuh oksigen maka asam piruvat akan meneruskan proses perubahan menjadi asetyl Co.A dalam Pra Siklus krebs ( dekarbosilasi oksidatif). begitu juga pada lipid yang kemudian menjadi asam lemak dan gliserol.Asam lemak dipecah à asetyl Co.A, mengalami proses yang namanya lipolisis. Protein diubah menjadi asam amino kemudian menjadi asetyl Co.A pada awal siklus krebstersebut OK 

• Dari diagram diatas terbentuknya Asetil Coa sangat strategis mempunyai peran utama pada glukoneogenesis (pembentukan Glikogen) , transaminasi, deaminasi ( penguraian protein / gugus amino ) dan lipogenesis (Pembentukan lemak)

• Adalah suatu proses pembentukan glukosa dari bahan non karbohidrat. Kok bisa? Bisa aja, soalnya ketika seseorang mengalami intake karbohidrat yang sangat rendah (mungkin mogok makan, kelaperan yang amat sangat) sehingga tidak diimbangi dengan asupan karbohidrat yang cukup, maka tubuh tetap akan membentuk glukosa. Tapi karena gak ada karbohidrat jadi bahannya bukan karbohidrat tetapi lemak atau protein .OK
• Hal ini merupakan salah satu mekanisme tubuh dalam upaya mempertahankan kadar glukosa dalam keadaan normal.
• untuk vitamin , minral dan air sama sekali tidak bisa digunakan dalam hal ini
• Glukosa sangat penting untuk tubuh karena sumber energi utama otak dan sel darah merah.
• Setelah makan, kadar glukosa akan meningkat, maka mekanisme utamanya adalah terjadi Glikolisis.
• Sebaliknya Ketika kita makan banyak, maka glukosa harus disimpan agar kadar gula dalam darah tidak meningkat.
• Bentuk simpanan glukosa di dalam tubuh adalah glikogen.
• Penyimpanan kelebihan glukosa maka akan terjadi proses glikogenesis di hati memerlukan insulin dari pancreas.
• Sebaliknya, kalau dalam keadaan lapar, puasa, aerobik atau exercise gitu, maka kebutuhan glukosa akan meningkat, sehingga simpanan glukosa akan dipecah melalui proses glikogenolisis. ( pembongkaran Glikogen menjadi Glukosa di hati dengan bantuan Adrenalin / Glukagon

• Jadi Inti dari metabolisme karbohidrat adalah untuk mempertahankan kadar glukosa dalam keadaan normal. OK
• Dan perlu diketahui tubuh kita tidak meminta jenis karbohidrat dari beras namun dari apa saja jagung , singkong etc , maka sel kita sungguh baik dan kita sukuri kecerdasannya , ia meminta Glukosa Oleh karena itu Dari jenis karbohidrat apapun nggak masalah artinya apapun karbohidratnya pasti hasilnya Glukosa , Glukosa yang bisa memenuhi kebutuhan sel 
• Agar tahu saja Kadar normal glukosa dalam darah à sekitar 80-126, di bawah kadar itu maka akan menderita hipoglikemia, di atas kadar itu disebut hiperglikemia ( pada penderita diabetes melitus)

• Jadi bisa diartikan bahwa Proses glukoneogenesis ini jelas jelas melibatkan melibatkan

1. Siklus krebs.
2. Transaminasi Adalah suatu proses pemindahan gugus atau pertukaran gugus amino (alfa-amino) menjadi gugus keto (alfa-keto) atau sebaliknya.

• Contoh gugus alfa-amino menjadi asam-asam amino (glutamat, aspartat, dll)

TAHAPAN REAKSI SIKLUS KREBS

Gambar lainnya.

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 : mula2 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.

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 - NADHRegulasi Siklus Asam Sitrat

•    Kontrol allosterik dari siklus enzim

•    isocitrate dehydrogenase

•    α-ketoglutarate dehydrogenase

•    pyruvate dehydrogenase phosphatase

•    ADP - allosteric activator dari isocitrate dehydrogenase

•    ATP - inhibibis isocitrate dehydrogenase

•    Ca2+ - activasi pyruvate dehydrogenase phosphatase,

•    isocitrate dehydrogenase, α-ketoglutarate dehydrogenase

Glikolisis vs SIKLUS KREBS ( TCA )

PROSES KIMIAWI PENGIKATAN ASETIL CoA OLEH OKSALO ASETAT MENJADI SITRAT

BERIKUT RUMUS BANGUN SENYAWA YANG TERLIBAT DALAM SIKLUS KREBS

Enzim tersedia dalam mitokondria

Ada dua macam enzim:

1. memerlukan NAD
2. memerlukan NADP

NADP-dependent enzyme : terdapat di matriks mitokondria dan sitosol

Peran anabolisme dalam siklus krebs ditunjukkan oleh 4 senyawa intermediet, yaitu:

1. Sitrat

Dapat digunakan untuk membentuk kolestrol atau asam lemak. Jika terjadi gangguan atau hambatan pada perubahan sitrat menjadi sis-akusitrat sehingga sitrat menumpuk misalnya, maka sitrat tersebut akan terakumulasi dan dapat meningkatkan kolesterol atau asam lemak.

2. Alfa-ketoglutarat

Melalui proses transaminasi menghasilkan asam amino glutamat.

Purin à jika terlalu banyak di dalam tubuh akan diubah menjadi asam urat, bisa meningkatkan konsentrasi asam urat di dalam darah. Asam urat di dalam tubuh berfungsi sebagai antioksida endogen.

3. Succynil Co-A

• Digunakan untuk mensitesis hem. Hem+protein globin à hemoglobin.
• Kalau di dalam tanaman, succynil Co-A digunakan untuk pembentukan klorofil.
• Rumus hem dan rumus klorofil sama persis, bedanya kalau hem mengikat logam di tengahnya adalah Fe, sedangkan klorofil logam di tengahnya adalah Mg.

• Oksalo asetat

Melalui proses transaminasi, enzimnya transaminase menjadi aspartat, purin dan pirimidin.

Kesimpulan Tahap Siklus Krebs

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

Dari keseluruhan reaksi, dapat ditarik kesimpulan tahap-tahap dari siklus Krebs, yaitu sebagai berikut :

1. Asetil Ko-A mengalami kondensasi dengan oksaloasetat membentuk sitrat.
2. Sitrat diubah menjadi isositrat melalui sis-Akonitat.
3. Isositrat mengalami dehidrogenasi menghasilkan α-ketoglutarat dan CO₂.
4. α-ketoglutarat dioksidasi menjadi suksinil-KoA dan CO₂.
5. Suksinil-KoA diubah menjadi Suksina.t
6. Suksinat didehidrogenasi menjadi fumarat.
7. Fumarat terhidrasi membentuk malat.
8. Malat mengalami dehidrogenasi membentuk oksaloasetat.

Dari tahap 8 akan kembali ke tahap 1, yaitu Oksaloasetat akan kembali mengalami kondensasi dengan asetil Ko-A. Seperti itu seterusnya, membentuk sebuah siklus yang terjadi secara terus menerus.

           

Saran:

Kejenuhan Siklus Kreb. Siklus Kreb adalah merupakan rangkaian oksidasi lengkap bahan makanan: sebagai sumber ostetik koenzim A, fungsi emfibolik siklus Kreb serta pembentukan energi. Jika kita makan berlebihan maka siklus kreb akan dapat menjadi jenuh sehingga metabolisme akan menjadi tidak normal. Kedaan tersebut berdampak pada keadaan tubuh akan lebih rajin menyimpan eerginya dalam bentuk lemak akibatnya orang cenderung kegemukan dan obesitas yang tentunya berisiko terkena berbagi penyakit degeneratif, atau penyakit yang biasanya bersifat kronis membutuhkan waktu dan biaya banyak untuk penanganannya yang bisa bikin menderita baik yang sakit maupun keluarga yang membiayainya.