A. Pengertian Siklus Krebs
Fase Kedua respirasi aerob adalah siklus Krebs. Asetil Ko-A yang masuk dalam tahap kedua yaitu siklus Krebs atau siklus asam sitrat. Mengapa pada tahapan kedua ini dinamakan siklus Krebs? Siklus Krebs berasal dari nama penemuannya yaitu Sir Hans Krebs (1980-1981), seorang ahli biokimia Jerman yang mengemukakan bahwa glukosa secara perlahan dipecah di dalam mitokondria sel dengan suatu siklus dinamakan siklus Krebs. Siklus Krebs terjadi di matriks mitokondria dan disebut juga siklus asam trikarboksilat. Hal ini disebabkan siklus Krebs tersebut menghasilkan senyawa yang mempunyai 3 gugus karboksil, seperti asam sitrat dan asam isositrat. Asetil koenzim A masuk siklus Krebs melalui reaksi hidrolisis dengan melepas koenzim A dan gugus asetil (mengadung 2 atom C), kemudian bergabung dengan asam oksaloasetat (4 atom C) membentuk asam sitrat (6 atom C). Energi yang digunakan untuk pembentukan asam sitrat berasal dari ikatan asetil koenzim A. Selanjutnya, asam sitrat (C6) secara bertahap menjadi asam oksaloasetat (C4) lagi yang kemudian akan bergabung dengan asetil Ko–A. Peristiwa pelepasan atom C diikuti dengan pelepasan energi tinggi berupa ATP yang dapat langsung digunakan oleh sel. Selama berlangsungnya reaksi oksigen yang diambil dari air untuk digunakan mengoksidasi dua atom C menjadi CO2, proses tersebut disebut dekarboksilasioksidatif. Dalam setiap oksidasi 1 molekul asetil koenzim A akan dibebaskan 1 molekul ATP, 8 atom H, dan 2 molekul CO2. Atom H yang dilepaskan itu kemudian ditangkap oleh Nikotinamid AdeninDinukleotida (NAD) dan Flavin Adenin Dinukleotida(FAD) untuk dibawa menuju sistem transpor yang direaksikan dengan oksigen menghasilkan air.
B. Skema Siklus Krebs
Secara skematis siklus Krebs dapat dilihat pada Gambar 2.8.
(CO2) terbentuk asam α -Ketoglutamat yang disertai dengan pelepasan hidrogen dan elektron yang ditangkap NAD membentuk NADH. Selanjutnya asam α -Ketoglutamat juga melepaskan gugus karboksit (CO2 disertai dengan pelepasan hidrogen dan elektron yang ditangkap NAD membentuk NADH. Asam α -Ketoglutamat lalu berikatan dengan molekul Ko-A membentuk suksinat Ko–A. KoA kemudian dilepas dan digantikan oleh fosfat (P) berasal dari GTP, terikat pada ADP membentuk ATP, menyebabkan suksinil Ko-A berubah menjadi asam suksinat. Asam suksinat melepaskan 2 hidrogen (2H) dan elektron yang ditangkap FAD membentuk FADH2, asam suksinat berubah menjadi asam fumarat. Kemudian asam fumarat dapat menggunakan air (H2O) menjadi asam malat, selanjutnya asam malat melepaskan hidrogen dan elektron ditangkap oleh NAD+ membentuk NADH. Dan akhirnya asam malat berubah menjadi asam oksaloasetat. Asam aksaloasetat yang mendapat transfer 2 atom karbon (2C) dari asetil Ko-A akan menjadi siklus Krebs kembali.
C. Hasil Siklus Krebs
Pada akhir siklus Krebs ini akan terbentuk kembali asam oksaloasetat yang berikatan dengan molekul asetil koenzim A yang lain dan berlangsung kembali siklus Krebs, karena selama reaksi oksidasi pada molekul glukosa hanya dihasilkan 2 molekul asetil koenzim A, maka siklus Krebs harus berlangsung sebanyak dua kali. Selain dihasilkan energi pada siklus Krebs, juga dihasilkan hidrogen yang direaksikan dengan oksigen membentuk air. Jadi hasil bersih dari oksidasi 1 molekul glukosa akan dihasilkan 2 ATP dan 4 CO2 serta 8 pasang atom H yang akan masuk ke rantai transpor elektron.
Tahap I
Enzim sitrat sintase mengkatalisis reaksi kondensasi antara asetil koenzim-A dengan oksaloasetat menghasilkan sitrat. Reaksi ini merupakan suatu reaksi kondensasi aldol antara gugua metal dan asetil koenzim-A dan gugus karbonil dari oksaloasetat dimana terjadi hidrolisis ikatan tioester dan pembentukan senyawa koenzim-A bebas. Reaksi ini adalah suatu hidrolisis eksergonik yang menghasilkan energi dan merupakan reaksi pendorong pertama untuk daur krebs.
Tahap II
Merupakan pembentukan isositrat dari sitrat melalui cas-akonitat, dikatalisis secara reversible oleh enzim akonitase. Enzim ini mengkatalisis reaksi reversible penambahan H2O pada ikatan rangkap cis-akonitat dalam 2 arah, yang satu ke pembentukan sitrat dan yang lain ke pembentukan isositrat.
Tahap III
Oksidasi isositrat menjadi α-ketoglutarat berlangsung melalui pembentukan enyawa antara oksalosuksinat yang berikatan dengan enzim isositrat dehidrogenase dengan NAD berperan sebagai koenzimnya. Enzim yang pertama mengkatalisis proses oksidasi isositrat menjadi oksalosuksinat dan dekarboksilasi oksalosuksinat menjadi α-ketoglutarat. Pengubahan isositrat ke oksaloasetat dapat dihambat oleh difenilkloroarsin, sedangkan dekarboksilasi oksaloasetat dihambat oleh pirofosfat.
Tahap IV
Adalah oksidasi α-ketoglutarat menjadi suksinat melalui pembentukan suksinil koenzim-A, yang merupakan reaksi yang ieversibel dan dikatalisis oleh enzim kompleks α-ketoglutarat dehidrogenase. Reaksi ini dikatalisis oleh enzim suksinil koenzim-A sintetase yang khas untuk GDP. Selanjutnya GTP yang terbentuk dari reaksi ini dipakai untuk sntesis ATP dari ADP dengan enzim nukleosida difosfat kinase.
Tahap V
Suksinat dioksidasi menjadi fumarat oleh enzim suksinat dehidrogenase yang berikatan dengan flavin adenine dinukleotida (FAD) sebagai koenzimnya. Enzim ini terikat kuat pada membrane dalam mitokondrion. Dalam reaksi ini FAD berperan sebagai penerima hydrogen.
Tahap VI
Merupakan reaksi reversible penambahan satu molekul H2O ke ikatan rangkap fumarat, meghasilkan L-malat, dengan dikatalisis enzim fumarase tanpa koenzim. Enzim ini bersifat stereoospesifik, bertindak hanya terhadap bentuk L-stereoisomer dari malat. Dalam reaksi ini fumarase mengkatalisis proses penambahan tras atom H dan gugus OH ke ikatan rangkap fumarat.
Reaksi VII (akhir)
L-malat doksidasi menjadi oksaloasetat oleh enzim L-malat dehidrogenase yang berikatan dengan NAD. Reaksi ini adalah endergonik tetapi laju rekasinya berjalan lancer ke kanan. Hal ini dimungkinkan karena reaksi berikutnya, yaitu reaksi kondensasi oksaloasetat dengan asetil koenzim-A adalah reaksi eksergonik yang ireversibel.