Reading Jurnal

SIKLUS KREBS

OLEH:

Ni Wayan Kertiasih (1002005012)

PEMBIMBING:

dr. I Ketut Wiargitha, Sp.B(K) Trauma, FINACS

DALAM RANGKA MENJALANKAN KEPANITERAAN KLINIK MADYA

LAB/SMF BEDAH FAKULTAS KEDOKTERAN UDAYANA

RSUP SANGLAH

2014

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadapan Tuhan Yang Maha Esa/Ida Sang

Hyang Widhi Wasa atas karunia-Nya sehingga reading jurnal yang berjudul “Siklus

Krebs“ ini dapat diselesaikan tepat pada waktunya. Reading jurnal ini disusun dalam

rangka mengikuti kepaniteraan klinik madya di Bagian/SMF Bedah Fakultas

Kedokteran Universitas Udayana – RSUP Sanglah

Dalam penyusunan reading jurnal ini, penulis banyak memperoleh bimbingan,

petunjuk-petunjuk, bantuan dan dukungan dari berbagai pihak. Melalui kesempatan ini

penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada yang terhormat :

1. Kepala Bagian/SMF Bedah RSUP Sanglah

2. dr. I Ketut Wiargitha, Sp.B(K) Trauma, FINACS, selaku pembimbing dalam

penyusunan reading jurnal ini.

3. Semua pihak yang berperan serta membantu kelancaran proses pembuatan paper

ini yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.

Penulis menyadari bahwa reading ini masih jauh dari kesempurnaan, untuk itu

saran dan kritiknya sangat kami harapkan demi penyempurnaan karya ini. Semoga

makalah ini bisa memberikan sumbangan ilmiah bagi dunia kedokteran terutama

bidang Bedah serta bermanfaat bagi masyarakat Indonesia.

Denpasar, Oktober 2014

Penulis

DAFTAR ISI

Halaman

KATA PENGANTAR............................................................................................... ii

DAFTAR ISI..............................................................................................................iii

BAB 1 PENDAHULUAN.........................................................................................1

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Produksi Asetil-KoA..........................................................................................2

2.2 Reaksi Dari Siklus Krebs...................................................................................3

2.3 Komponen Siklus Krebs Merupakan Biosintesis Antara Yang Penting............7

BAB 3 PENUTUP......................................................................................................8

DAFTAR PUSTAKA

BAB I

PENDAHULUAN

Setiap makhluk hidup memerlukan energi di dalam hidupnya untuk tumbuh

dan berkembang. Energi diperlukan mulai dari tingkat sel hingga tingkat organ.

Beberapa sel memperoleh energi (ATP) dari fermentasi yaitu suatu proses

pemecahan glukosa dalam kondisi tanpa oksigen. Sel eukariotik yang hidup

pada kondisi aerobik, pada umumnya akan mengoksidasi bahan makanan

organik menjadi karbon dioksida dan air dimana glikolisis merupakan tahap

awal dari oksidasi glukosa.1 Piruvat yang dihasilkan dari proses glikolisis akan

dioksidasi menjadi H2O dan CO2 dibandingkan direduksi menjadi laktat, etanol,

atau produk fermentasi lainnya,. Fase aerobik dari katabolisme ini disebut

dengan respirasi. Respirasi seluler merujuk pada proses pengambilan oksigen

dan pelepasan karbondioksida oleh sel.

Respirasi seluler terjadi dalam tiga tahapan utama. Pertama, molekul

bahan organik yaitu glukosa, asam lemak dan beberapa asam amino dioksidasi

menjadi fragmen fragmen dua karbon dalam bentuk gugus asetil dari asetil-

koenzim A (asetil-KoA). Pada tahap kedua, gugus asetil akan memasuki siklus

asam sitrat, yang secara enzimatis akan dioksidasi menjadi CO2 dan energi

yang dilepaskan disimpan di dalam mereduksi pembawa elektron yaitu NADH

dan FADH2. Pada tahap ketiga, hal tersebut akan mereduksi koenzim

teroksidasi melepaskan proton (H+) dan elektron. Elektron kemudian ditransfer

ke oksigen (akseptor final elektron) melalui rantai elektron (rantai respirasi).

Pada perjalanan transfer elektron ini, sejumlah energi yang dilepaskan

disimpan dalam bentuk ATP, oleh proses suatu proses yang disebut dengan

fosforilasi oksidatif.2

Siklus asam sitrat atau disebut juga dengan siklus asam trikarboksilik

(siklus Krebs) merupakan siklus yang memegang peranan penting sebagai

pusat di dalam metabolisme tersebut, dengan jalur degradatif sebagai jalur awal

dan jalur anabolik pada akhirnya.

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Produksi Asetil-KoA

Pada organisme aerobik, glukosa, asam lemak dan asam amino dioksidasi

menjadi CO2 dan H2O melalui siklus asam sitrat dan rantai respirasi. Sebelum

memasuki siklus asam sitrat, rangka karbon dari gula, asam lemak dan asam

amino didegradasi menjadi asetil-KoA. Piruvat diturunkan dari glukosa

melalui proses glikolisis dan dioksidasi menjadi asetil-KoA dan CO2 oleh

piruvat dehidrogenase (PDH). Piruvat dehidrogenase merupakan prototipe

untuk dua kompleks enzim lainnya yaitu α-ketoglutarat dehidrogenase pada

siklus asam sitrat dan rantai cabang α-keto acid dehydrogenase pada jalur

oksidatif beberapa asam amino.6

Reaksi dekarboksilasi oksidatif piruvat menjadi asetil-KoA dan CO2

dikatalisis oleh komplek piruvat dehidrogenase dimana gugus karboksil dari

piruvat dilepaskan dari piruvat sebagai molekul CO2 dan dua atom karbon yang

tersisa menjadi gugus asetil-KoA. NADH yang terbentuk pada reaksi ini

melepaskan ion hidrida (:H-) ke rantai respirasi dimana nantinya membawa dua

elektron ke oksigen. Transfer elektron dari NADH ke oksigen menghasilkan

2,5 molekul ATP untuk setiap pasang elektron. 3,6

Kombinasi dehidrogenasi dan dekarboksilasi dari piruvat mejadi gugus

asetil pada asetil-KoA memerlukan tiga enzim berbeda dan lima koenzim

berbeda yaitu thiamine pyrophosphate (TPP), flavin adenine-dinucleotide

(FAD), coenzyme A (CoA), nicotinamide adenine dinucleotide (NAD), dan

lipoate. Empat vitamin berbeda diperlukan pada nutrisi manusia merupakan

komponen penting pada sistem ini yaitu thiamine pada TPP, riboflavin pada

FAD, niacin pada NAD dan pantothenate pada KoA. FAD dan NAD

merupakan karier elektron. TPP merupakan koenzim dari piruvat

dekarboksilase. KoA memiliki gugus reaktif thiol (OSH) yang berperan di

dalam karier gugus asil karena berikatan secara kovalen dengan gugus thiol

membentuk tioester. Lipoate memiliki dua gugus thiol yang dapat mengalami

rekasi oksidasi reversibel dengan ikatan disulfida dan berperan sebagai karier

elektron hidrogen dan karier asil.3

2.2 Reaksi dari Siklus Krebs

Siklus Krebs atau disebut juga dengan siklus asam sitrat (siklus asam

trikarboksilik) terdiri atas delapan tahapan yang terbagi sebagai berikut:

1. Pembentukan sitrat

Reaksi pertama dari siklus ini adalah kondensasi dari asetil-KoA dengan

oksaloasetat untuk membentuk sitrat yang dikatalis oleh sitrat sintase. Pada

reaksi ini, karbon metil dari gugus asetil bergabung dengan gugus karbonil

(C-2) dari oksaloasetat. Sitroil-KoA merupakan senyawa sementara yang

terdapat pada sisi aktif enzim. Ikatan tioester yang terbentuk pada Sitroil-

KoA kemudian secara cepat mengalami hidrolisis untuk membentuk KoA

bebas dan sitrat. KoA yang dilepaskan dalam reaksi ini kemudian didaur

kembali untuk ikut dalam reaksi dekarboksilasi oksidatif dari molekul piruvat

lainnya oleh komplek piruvat dehidrogenase. Masing masing subunit dari

enzim homodimer (sitrat sintase) merupakan suatu polipeptida tunggal

Gambar 1. Siklus Krebs

dengan dua domain yaitu satu yang besar dan kaku dengan domain lainnya

yang kecil dan lebih fleksibel dengan sisi aktifnya. Oksaloasetat merupakan

substrat pertama yang berikatan dengan enzim yang menginduksi terjadinya

perubahan konformasi besar pada domain fleksibel enzim sehingga terbentuk

binding site untuk substrat kedua yaitu asetil-KoA. Ketika sitroil-KoA

terbentuk pada sisi aktif enzim, terjadi perubahan konformasional lainnya

yang menyebabkan hidrolisis tioester yang melepaskan KoA-SH.1-7

2. Pembentukan isositrat melalui cis -Akonitat

Enzim akonitat (akonitat hidratase) mengkatalis transformasi reversibel dari

sitrat menjadi isositrat, melalui pembentukan sementara dari asam

trikarboksilik cis-akonitat, dimana pada keadaan normal tidak terdisosiasi

dari sisi aktif enzim. Akonitase menyebabkan terjadinya penambahan H2O

pada ikatan rangkap dari enzim-berikatan dengan cis-akonitat melalui dua

cara yang berbeda yaitu satu menuju sitrat dan yang lainnya menuju isositrat.

Meskipun campuran keseimbangan terjadi pada pH 7,4 dan 25°C

mengandung kurang dari 10% sitrat, reaksi sel didorong ke kanan karena

isositrat secara cepat dikonsumsi pada langkah selanjutnya dari siklus ini,

menurunkan konsentrasi steady-statenya. Akonitase mengandung pusat besi-

sulfur yang bekerja pada pengikatan substrat pada sisi aktif dan dalam

mengkatalisis penambahan atau pengeluaran H2O. 1-3,7

3. Oksidasi dari isositrat menjadi α Ketoglutarat dan CO 2

Pada tahap ini isositrat mengalami dehidrogenasi yang dikatalis oleh isositrat

dehidrogenase untuk membentuk, oksalosuksinat pada awalnya, yang tetap

terikat pada enzim dan mengalami dekarboksilasi menjadi α-ketoglutarat.

Dekarboksilasi ini memerlukan ion Mg++ atau Mn+++. Mg++ berinteraksi

dengan gugus karbonil dari oksalosuksinat. Mg++ juga menstabilkan enol yang

terbentuk sementara dari proses dekarboksilasi. Terdapat dua bentuk isositrat

dehidrogenase yaitu satu yang memerlukan NAD+ sebagai akseptor elektron

dan yang lainnya memerlukan NADP+. Enzim isositrat dehidrogenase yang

bergantung pada NAD+ terdapat di matriks mitokondria. Fungsi utama dari

enzim yang bergantung pada NADP+ yang ditemukan di matriks mitokondria

dan sitosol berperan penting dalam pembentukan NADPH untuk reaksi

reduksi anabolik. 1-3,8

4. α-Ketoglutarat menjadi Suksinil-KoA dan CO 2

α-Ketoglutarat kemudian mengalami reaksi dekarboksilasi oksidatif untuk

membentuk suksinil-KoA dan CO2. NAD+ berperan sebagai akseptor elektron

dan KoA sebagai karier dari gugus suksinil. Energi dari oksidasi α-

Ketoglutarat disimpan di dalam pembentukan ikatan tioester dari suksinil-

KoA. Reaksi ini identik dengan reaksi dehidrogenase piruvat, dan komplek α-

Ketoglutarat dehidrogenase menyerupai kompleks piruvat dehidrogenase baik

secara struktur maupun fungsi. 1-3,7,8

5. Konversi Suksinil-KoA menjadi Suksinat

Suksinil-KoA seperti Asetil-KoA memiliki ikatan tioester dengan kuat

standar negatif energi bebas dari hidrolisis. Pada tahap selanjutnya, energi

dilepaskan dari pemecahan ikatan ini untuk mensintesis ikatan

phosphoanhydride pada GTP atau ATP. Enzim suksinil-KoA sintase atau

suksinik tiokinase berperan dalam reaksi trifosfat nukleosida. Energi ini-

reaksi conserving melibatkan langkah antara dimana molekul enzim itu

sendiri menjadi terfosforilasi pada residu His di sisi aktif. Gugus fosforil,

yang memiliki potensi transfer gugus yang besar, ditransfer ke ADP (atau

GDP) untuk membentuk ATP (atau GTP). Terdapat dua isoenzim suksinil-

KoA sintase yaitu satu spesifik untuk ADP dan satu spesifik untuk GDP.

Enzim ini memiliki dua subunit yaitu subunit α yang memiliki residu P-His

dan binding site untuk KoA serta subunit β yang spesifik untuk ADP atau

GDP. Sisi aktif terdapat antara kedua subunit tersebut. Struktur kristal dari

suksinil KoA sintetase menunjukkan dua power helices. Pembentukan ATP

atau GTP pada pengeluaran dari pelepasan energi oleh dekarboksilasi

oksidatif dari α-ketoglutarat merupakan fosforilasi tingkat substrat, seperti

sintesis dari ATP pada reaksi glikolitik yang dikatalis oleh glyceraldehyde 3-

phosphate dehydrogenase dan piruvat kinase. GTP yang terbentuk dari

suksinil-KoA sintetase dapat mendonorkan gugus terminal fosforilnya kepada

ADP untuk membentuk ATP, pada reaksi reversibel yang dikatalis oleh

nukleosida difosfat kinase. Hasil isozim dari suksinil-KoA sintetase adalah

konservasi dari energi berupa ATP. Tidak ada perbedaan energi bebas untuk

reaksi nukleosida difosfat kinase; ATP dan GTP secara energi bersifat

ekuivalen. 1-4,7,8

6. Oksidasi Suksinat menjadi Fumarat

Suksinat dibentuk dari suksinil-KoA, dioksidasi untuk membentuk fumarat

oleh flavoprotein suksinat dehidrogenase. Suksinat dehidrogenase secara kuat

terikat pada membran dalam mitokondria pada sel eukariotik. Pada

prokariotik, suksinat dehidrogenase terikat pada membran plasma. Enzim

mengandung tiga kelompok besi-sulfur yang berbeda dan satu molekul yang

berikatan secara kovalen dengan FAD. Elektron melewati suksinat melalui

pusat FAD dan besi-sulfur sebelum memasuki carrier rantai elektron di

membran dalam mitokondria. Aliran elektron dari suksinat melalui carrier ini

menuju akseptor elektron final, O2, berpasangan ke sintesis dari sekitar 1,5

ATP molekul per pasang elektron. Malonat, analog suksinat secara normal

tidak ada di sel, ia merupakan inhibitor kompetitif kuat dari suksinat

dehidrogenase dan penambahannya ke mitokondria memblok aktivitas dari

siklus asam sitrat. 2,4,7

7. Hidrasi Fumarat menjadi Malat

Hidrasi reversibel dari fumarat untuk membentuk L-malat dikatalis oleh

fumarase (fumarase hidratase). Bentuk transisi dari reaksi ini adalah

karbanion. Enzim ini bersifat stereospesifik tinggi yang mengkatalis hidrasi

dari ikatan rangkap trans fumarat namun tidak pada ikatan rangkap cis maleat

(cis isomer fumarat). Pada arah berkebalikan (dari L-Malate keFumarat),

fumarase bersifat stereospesifik seimbang. D-Malate bukan merupakan suatu

substrat. 2,5,7

8. Oksidasi Malat menjadi Oksaloasetat

Pada reaksi terakhir dari siklus asam sitrat, NAD yang terhubung dengan L-

malat dehidrogenase mengkatalis reaksi oksidasi L-malat menjadi

oksaloasetat. Keseimbangan reaksi ini berada jauh ke kiri dibawah kondisi

termodinamik standar, namun pada sel yang intak, oksaloasetat secara

berkesinambungan dibuang oleh reaksi sintase sitrat eksergonik tingkat

tinggi. Hal ini menjaga konsentrasi oksaloasetat di sel tetap rendah,

mendorong reaksi malat dehidrogenase menuju pembentukan oksaloasetat.2,5

2.3 Komponen Siklus Krebs Merupakan Biosintesis Antara Yang Penting

Pada organisme aerobik, siklus krebs (siklus asam sitrat) merupakan jalur

amfibolik dimana dapat bertindak pada proses katabolik dan anabolik. Selain

peranannya di dalam katabolisme oksidatif karbohidrat, asam lemak dan asam

amino, siklus ini menyediakan prekursor prekursor untuk jalur jalur biosintesis

lainnya. α-Ketoglutarat dan oksolasetat, contohnya, menjadi prekursor dari

asam amino aspartat dan glutamat melalui transaminasi sederhana. Melalui

aspartat dan glutamat, karbon dari oksaloasetat dan α-ketoglutarat kemudian

digunakan untuk membentuk asam amino lain seperti nukleotida purin dan

pirimidin. Oksaloasetat kemudian diubah menjadi glukosa pada proses

glukoneogenesis. Suksinil Ko-A merupan senyawa antara penting dalam

sintesis dari cincin forfirin di dalam gugus heme yang berperan sebagai

pembawa oksiden (di hemoglobin dan mioglobin) dan pembawa elektron (pada

sitokrom). Sitrat yang diproduksi pada beberapa organisme dapat dipergunakan

untuk tujuan tujuan lainnya.7

BAB III

PENUTUP

Siklus krebs atau disebut juga dengan siklus sitrat memegang peranan penting

di dalam metabolisme sel. Siklus ini terdiri atas delapan langkah yaitu

pembentukan sitrat, pembentukan isositrat melalui cis-akonitat, oksidasi dari

isositrat menjadi α ketoglutarat dan CO2, α-ketoglutarat menjadi suksinil-KoA

dan CO2, konversi suksinil-KoA menjadi suksinat, oksidasi suksinat menjadi

fumarat, hidrasi fumarat menjadi malat dan oksidasi malat menjadi

oksaloasetat

DAFTAR PUSTAKA

1. Costello LC, Franklin FB. A review of the important central role of altered

citrate metabolism during the process of stem cell differentiation. NIH-Public

Access. 2013; p. 1-20

2. Panov A. Orynbayeva Z, Vavilin V, Lyakhovich V. Fatty Acids in Energy

Metabolism of the Central Nervous System. BioMed Research International.

2014;2014: p. 1-22

3. Milne, J.L.S., Shi, D., Rosenthal, P.B., Sunshine, J.S., Domingo, G.J., Wu,

X., Brooks, B.R., Perham, R.N., Henderson, R., & Subramaniam, S.

Molecular architecture and mechanism of an icosahedral pyruvate

dehydrogenase complex: a multifunctional catalytic machine. EMBO J.

2002;21: 5587–5598.

4. Hagerhall, C. Succinate:quinone oxidoreductases: variations on a conserved

theme. Biochim. Biophys. Acta 2002;1320: 107–141. A review of the

structure and function of succinate dehydrogenases.

5. Goward, C.R. & Nicholls, D.J. Malate dehydrogenase: a model for structure,

evolution, and catalysis. Protein Sci. 1994;3:1883–1888.

6. Jitrapakdee, S. & Wallace, J.C. Structure, function, and regulation of

pyruvate carboxylase. Biochem. J. 1999;340: 1–16.

7. Thauer RK. Citric-acid cycle, 50 years on. Modification and an alternative

pathway in anaerobic bacteria. Eur J. Biochem. 1988;176:497-508

8. Tretter L, Adam-Vizi V. Inhibition of Krebs Cycle Enzymes by Hydrogen

Peroxide: A Key Role of α-Ketoglutarate Dehydrogenase in Limiting NADH

Production under Oxidative Stress. The Journal of Neuroscience.

2000;20(24)) 8972-8979