Siklus Krebs terjadi di dalam mitokondria dan membutuhkan oksigen agar dapat berlangsung. Asam piruvat yang berasal dari glikolisis, begitu masuk ke dalam mitokondria diubah menjadi asetil koenzim A. Kemudian bersamaan dengan berlangsungnya proses oksidasi dalam siklus Krebs, pasangan-pasangan atom hidrogen (2H) dilepaskan bersama dengan CO2. Atom-atom hidrogen tersebut menyajikan ion H+ atau proton dan elektron yang kemudian masuk ke dalam sistem transport elektron mitokondria. Ion hidrogen dan elektron di pungut oleh molekul NAD+ (nikotinamid adenin dinukleotid), mereduksi NAD+ menjadi NADH. NADH merupakan pengantara siklus Krebs dan enzim dalam membran dalam mitokondria yang akan mengangkut elektron melalui sistem sitokrom dari rantai respirasi.
NADH mentransfer proton dan elektron dan terbentuklah FMN (flavin mononukleotid). Kemudian menurut teori kemiosmotik, MFN mengambil proton dari bagian dalam membran, hingga tereduksi menjadi FMNH2. Kemudian dua atom H-nya dilepaskan dan ditransfer ke membran mitokondria eksterior dan dilepas berupa proton (H+). Pada saat yang sama, dua elektron itu menggabung ke molekul ubikuinon atau koenzim Q, yang kemudian mengambil atom-atom H. Kemudian dilepaskanlah satu elektron ke sitokrom C1 dan lainnya ke sitokrom b dari membran mitokondria. Elektron-elektron kemudia ditransfer ke sitokrom a dan a3, dari sinilah elektron bergabung dengan atom oksigen dan dua proton untuk membentuk molekul air.
Dalam urutan oksidasi reduksi yang terjadi di dalam membran serta melintas membran mitokondria, tiap dua proton yang melintas membran dan masuk, akan menyebabkan fosfat anorganik melekat pada ADP karena adanya perbedaan potensial listrik, lalu terbentuklah ATP. Kecepatan reaksi ini akan meningkat oleh adanya sistem enzim.
Secara lebih terperinci, tahap-tahap reaksi pada siklus Krebs dapat diuraikan pada bagian berikut ini. Pada tahap pertama, enzim sitrat sintase mengkatalisis reaksi kondensasi antara asetil koenzim A dengan oksaloasetat menghasilkan sitrat. Reaksi ini merupakan suatu reaksi kondensasi aldol antara gugus metil dari asetil koenzim A dan gugus karbonil dari oksaloasetat dimana terjadi hidrolisis ikatan tioester dan pembentukan senyawa koenzim A bebas.
Tahap reaksi kedua merupakan pembentukan isositrat dari sitrat melalui cis-akonitat yang dikatalisis secara reversibel oleh enzim akonitase. Enzim ini mengkatalisis reaksi reversibel penambahan H2O pada ikatan rangkap cis-akotinat dalam dua arah, yang satu ke pembentukan sitrat dan yang lain ke pembentukan isositrat.
Reaksi tahap ketiga adalah oksidasi isositrat menjadi alfa-ketoglutarat yang berlangsung melalui pembentukan senyawa antara oksalosuksinat yang yang berikatan dengan enzim isositrat dehidrogenase dengan NAD berperan sebagai koenzimnya.
Tahap reaksi keempat adalah oksidasi alfa-ketoglutarat menjadi suksinat melalui pembentukan suksinil koenzim A. Pembentukan suksinil koenzim A dari alfa-ketoglutarat adalah reaksi yang irreversibel dan dikatalisis oleh enzim kompleks alfa-ketoglutarat dehidrogenase. Reaksi ini berlangsung dengan melibatkan koenzim pirofosfat, asam lipoat, koenzim A, FAD dan NAD+.
Suksinil koenzim A adalah suatu senyawa tioester berenergi tinggi. Selanjutnya suksinil koenzim A melepaskan koenzim A-nya dengan dirangkaikan dengan reaksi pembentukan energi, GTP (guanosin trifosfat) dari GDP (guanosin difosfat) dan fosfat. Reaksi ini dikatalisis oleh enzim suksinil koenzim A sintetase yang khas untuk GDP. Selanjutnya GTP yang terbentuk dari reaksi ini digunakan untuk sintesis ATP dari ADP dengan enzim nukleotide difosfat kinase.
Pada reaksi tahap kelima, suksinat dioksidasi menjadi fumarat oleh enzim suksinat dehidrogenase yang berikatan dengan FAD sebagai koenzimnya. Enzim ini terikat kuat pada membran dalam mitokondria. Dalam reaksi ini FAD berperan sebagai gugus penerima hidrogen.
Reaksi tahap keenam merupakan reaksi reversibel penambahan satu molekul H2O ke ikatan rangkap fumarat yang menghasilkan L-malat dengan dikatalisis oleh enzim fumarase tanpa koenzim. Enzim ini bersifat stereospesifik, bertindak hanya terhadap bentuk L-stereoisomer dari malat. Dalam reaksi ini fumarase mengkatalisis proses penambahan trans atom H dan gugus OH ke ikatan rangkap fumarat.
Reaksi tahap ketujuh atau terakhir adalah L-malat dioksidasi menjadi oksaloasetat oleh enzim L-malat dehidrogenase yang berikatan dengan NAD. Reaksi ini adalah endergonik tetapi laju reaksinya berjalan lancar ke kanan. Hal ini dimungkinkan karena reaksi berikutnya, yaitu reaksi kondensasi oksaloasetat dengan asetil koenzim A adalah reaksi eksergonik yang irreversibel. Malat dehidrogenase adalah enzim yang bersifat stereospesifik untuk bentuk L-stereoisomer dari malat.
Hasil neto dari siklus Krebs serta sistem transport sitokrom adalah untuk menghasilkan tiga ATP lebih banyak dari ADP untuk tiap pasang atom H yang dilepaskan selama siklus tersebut, dan hal ini terjadi melalui fosforilasi oksidatif. Di sini juga dihasilkan tiga molekul CO2 dan tiga molekul H2O.
Karena ada dua molekul piruvat yang terbentuk dari tiap molekul glukosa, siklus Krebs bekerja dua kali untuk tiap molekul glukosa yang dipecahkan. Oleh karena itu, pada dasarnya akan diperoeleh empat pasang atom hidrogen untuk tiap siklus. Dua siklus akan menghasilkan 8 x 3 = 24 ATP, dan dua ATP neto dari glikolisis, ditambah empat ATP lagi dari pembentuk FAD yang tereduksi selama siklus Krebs. Di samping itu juga dua lagi ATP dari fosforilasi oksidatif pada tingkat substrat, yang kesemuanya menjadi 32 ATP, enam lagi masih mungkin dari generasi glikolitik dari NADH2.
DAFTAR PUSTAKA
Aminuddin, 1984. Ilmu Nutrisi dan Bahan Makanan Ternak. Sumber Swadaya. Jakarta.
Finco, D.R., 1989. Clinical Biochemistry of Domestic Animals. 4ed Ed. Academic Press. Inc. New York.
Girindra, 1971. Anti Trpsin dalam Kedelai. IPB. Bogor.
Girindra, A., 1990. Biokimia I. PT. Gramedia. Jakarta.
Lehninger, A.L., 1988. Dasar-dasar Biokimia Jilid I. Penerbit Erlangga. Jakarta.
Zuheid, N., 1990. Biokimia Nutrisi. PAU Pangan dan Gizi. Universitas Gadjah Mada. Yogyakarta.
NADH mentransfer proton dan elektron dan terbentuklah FMN (flavin mononukleotid). Kemudian menurut teori kemiosmotik, MFN mengambil proton dari bagian dalam membran, hingga tereduksi menjadi FMNH2. Kemudian dua atom H-nya dilepaskan dan ditransfer ke membran mitokondria eksterior dan dilepas berupa proton (H+). Pada saat yang sama, dua elektron itu menggabung ke molekul ubikuinon atau koenzim Q, yang kemudian mengambil atom-atom H. Kemudian dilepaskanlah satu elektron ke sitokrom C1 dan lainnya ke sitokrom b dari membran mitokondria. Elektron-elektron kemudia ditransfer ke sitokrom a dan a3, dari sinilah elektron bergabung dengan atom oksigen dan dua proton untuk membentuk molekul air.
Dalam urutan oksidasi reduksi yang terjadi di dalam membran serta melintas membran mitokondria, tiap dua proton yang melintas membran dan masuk, akan menyebabkan fosfat anorganik melekat pada ADP karena adanya perbedaan potensial listrik, lalu terbentuklah ATP. Kecepatan reaksi ini akan meningkat oleh adanya sistem enzim.
Secara lebih terperinci, tahap-tahap reaksi pada siklus Krebs dapat diuraikan pada bagian berikut ini. Pada tahap pertama, enzim sitrat sintase mengkatalisis reaksi kondensasi antara asetil koenzim A dengan oksaloasetat menghasilkan sitrat. Reaksi ini merupakan suatu reaksi kondensasi aldol antara gugus metil dari asetil koenzim A dan gugus karbonil dari oksaloasetat dimana terjadi hidrolisis ikatan tioester dan pembentukan senyawa koenzim A bebas.
Tahap reaksi kedua merupakan pembentukan isositrat dari sitrat melalui cis-akonitat yang dikatalisis secara reversibel oleh enzim akonitase. Enzim ini mengkatalisis reaksi reversibel penambahan H2O pada ikatan rangkap cis-akotinat dalam dua arah, yang satu ke pembentukan sitrat dan yang lain ke pembentukan isositrat.
Reaksi tahap ketiga adalah oksidasi isositrat menjadi alfa-ketoglutarat yang berlangsung melalui pembentukan senyawa antara oksalosuksinat yang yang berikatan dengan enzim isositrat dehidrogenase dengan NAD berperan sebagai koenzimnya.
Tahap reaksi keempat adalah oksidasi alfa-ketoglutarat menjadi suksinat melalui pembentukan suksinil koenzim A. Pembentukan suksinil koenzim A dari alfa-ketoglutarat adalah reaksi yang irreversibel dan dikatalisis oleh enzim kompleks alfa-ketoglutarat dehidrogenase. Reaksi ini berlangsung dengan melibatkan koenzim pirofosfat, asam lipoat, koenzim A, FAD dan NAD+.
Suksinil koenzim A adalah suatu senyawa tioester berenergi tinggi. Selanjutnya suksinil koenzim A melepaskan koenzim A-nya dengan dirangkaikan dengan reaksi pembentukan energi, GTP (guanosin trifosfat) dari GDP (guanosin difosfat) dan fosfat. Reaksi ini dikatalisis oleh enzim suksinil koenzim A sintetase yang khas untuk GDP. Selanjutnya GTP yang terbentuk dari reaksi ini digunakan untuk sintesis ATP dari ADP dengan enzim nukleotide difosfat kinase.
Pada reaksi tahap kelima, suksinat dioksidasi menjadi fumarat oleh enzim suksinat dehidrogenase yang berikatan dengan FAD sebagai koenzimnya. Enzim ini terikat kuat pada membran dalam mitokondria. Dalam reaksi ini FAD berperan sebagai gugus penerima hidrogen.
Reaksi tahap keenam merupakan reaksi reversibel penambahan satu molekul H2O ke ikatan rangkap fumarat yang menghasilkan L-malat dengan dikatalisis oleh enzim fumarase tanpa koenzim. Enzim ini bersifat stereospesifik, bertindak hanya terhadap bentuk L-stereoisomer dari malat. Dalam reaksi ini fumarase mengkatalisis proses penambahan trans atom H dan gugus OH ke ikatan rangkap fumarat.
Reaksi tahap ketujuh atau terakhir adalah L-malat dioksidasi menjadi oksaloasetat oleh enzim L-malat dehidrogenase yang berikatan dengan NAD. Reaksi ini adalah endergonik tetapi laju reaksinya berjalan lancar ke kanan. Hal ini dimungkinkan karena reaksi berikutnya, yaitu reaksi kondensasi oksaloasetat dengan asetil koenzim A adalah reaksi eksergonik yang irreversibel. Malat dehidrogenase adalah enzim yang bersifat stereospesifik untuk bentuk L-stereoisomer dari malat.
Hasil neto dari siklus Krebs serta sistem transport sitokrom adalah untuk menghasilkan tiga ATP lebih banyak dari ADP untuk tiap pasang atom H yang dilepaskan selama siklus tersebut, dan hal ini terjadi melalui fosforilasi oksidatif. Di sini juga dihasilkan tiga molekul CO2 dan tiga molekul H2O.
Karena ada dua molekul piruvat yang terbentuk dari tiap molekul glukosa, siklus Krebs bekerja dua kali untuk tiap molekul glukosa yang dipecahkan. Oleh karena itu, pada dasarnya akan diperoeleh empat pasang atom hidrogen untuk tiap siklus. Dua siklus akan menghasilkan 8 x 3 = 24 ATP, dan dua ATP neto dari glikolisis, ditambah empat ATP lagi dari pembentuk FAD yang tereduksi selama siklus Krebs. Di samping itu juga dua lagi ATP dari fosforilasi oksidatif pada tingkat substrat, yang kesemuanya menjadi 32 ATP, enam lagi masih mungkin dari generasi glikolitik dari NADH2.
DAFTAR PUSTAKA
Aminuddin, 1984. Ilmu Nutrisi dan Bahan Makanan Ternak. Sumber Swadaya. Jakarta.
Finco, D.R., 1989. Clinical Biochemistry of Domestic Animals. 4ed Ed. Academic Press. Inc. New York.
Girindra, 1971. Anti Trpsin dalam Kedelai. IPB. Bogor.
Girindra, A., 1990. Biokimia I. PT. Gramedia. Jakarta.
Lehninger, A.L., 1988. Dasar-dasar Biokimia Jilid I. Penerbit Erlangga. Jakarta.
Zuheid, N., 1990. Biokimia Nutrisi. PAU Pangan dan Gizi. Universitas Gadjah Mada. Yogyakarta.
