Daftar isi · 7 bagian
Siklus Krebs (siklus asam trikarboksilat, siklus sitrat) adalah jalur metabolik sentral yang mengintegrasikan katabolisme karbohidrat, lemak, dan protein. Pemahaman tentang siklus ini merupakan kunci biokimia metabolisme energi, yang wajib dikuasai oleh setiap mahasiswa kedokteran untuk lulus ujian dan memahami patologi klinis.
Esensi dan signifikansi biologis siklus Krebs
Siklus Krebs terjadi di dalam matriks mitokondria. Fungsi utamanya adalah:
- Energetik — menghasilkan koenzim tereduksi (NADH, FADH₂) yang mentransfer elektron ke rantai pernapasan
- Amfibolik — berperan dalam katabolisme sekaligus anabolisme (intermediet digunakan untuk sintesis asam amino, glukosa, dan hem)
- Integratif — persimpangan metabolisme: tempat bertemunya jalur oksidasi glukosa, asam lemak, dan asam amino
Satu putaran siklus menghasilkan: 3 NADH, 1 FADH₂, 1 GTP (≈ ATP), dan 2 CO₂. Dikonversi ke ATP melalui fosforilasi oksidatif, jumlahnya sekitar ~10 ATP per asetil-KoA.
Reaksi siklus Krebs: analisis langkah demi langkah
Siklus ini mencakup 8 reaksi berurutan. Untuk mengingat urutannya, gunakan mnemonik: «Celengan Anak Ikan Suka Susu Fanta Manis Oleh-oleh» (Sitrat → Akonitat → Isositrat → α-ketoglutarat → Suksinil-KoA → Suksinat → Fumarat → Malat → Oksaloasetat).
| № | Reaksi | Enzim | Produk | Kofaktor / hasil |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Asetil-KoA + OAA → sitrat | Sitrat sintase | Sitrat (6C) | — |
| 2 | Sitrat → isositrat | Akonitase | Isositrat (6C) | — |
| 3 | Isositrat → α-ketoglutarat | Isositrat dehidrogenase | α-ketoglutarat (5C) | NADH + CO₂ |
| 4 | α-KG → suksinil-KoA | Kompleks α-ketoglutarat dehidrogenase | Suksinil-KoA (4C) | NADH + CO₂ |
| 5 | Suksinil-KoA → suksinat | Suksinil-KoA sintetase | Suksinat (4C) | GTP (fosforilasi tingkat substrat) |
| 6 | Suksinat → fumarat | Suksinat dehidrogenase (kompleks II) | Fumarat (4C) | FADH₂ |
| 7 | Fumarat → malat | Fumarase | L-malat (4C) | H₂O |
| 8 | Malat → oksaloasetat | Malat dehidrogenase | OAA (4C) | NADH |
Enzim kunci dan regulasi
Tiga reaksi bersifat ireversibel dan berfungsi sebagai titik regulasi:
| Enzim | Aktivator | Inhibitor |
|---|---|---|
| Sitrat sintase | ADP, substrat | ATP, NADH, sitrat, suksinil-KoA |
| Isositrat dehidrogenase | ADP, Ca²⁺ | ATP, NADH |
| α-Ketoglutarat dehidrogenase | Ca²⁺ | ATP, NADH, suksinil-KoA |
Prinsip utama: muatan energi yang tinggi (ATP/NADH) menghambat siklus, sedangkan muatan rendah (ADP/NAD⁺) mempercepatnya. Kalsium mengaktivasi siklus selama kontraksi otot, ketika energi paling dibutuhkan.
Hubungan dengan rantai pernapasan dan ATP
Koenzim tereduksi mentransfer elektron ke rantai transpor elektron (RTE) pada membran dalam mitokondria:
- 1 NADH → kompleks I → ~2,5 ATP
- 1 FADH₂ → kompleks II → ~1,5 ATP
Total satu putaran siklus: 3 NADH × 2,5 = 7,5 ATP + 1 FADH₂ × 1,5 = 1,5 ATP + 1 GTP = ~10 ATP. Oksidasi sempurna satu molekul glukosa (glikolisis + 2 putaran siklus asam sitrat + RTE) menghasilkan ~30–32 ATP.
Reaksi anaplerotik
Agar siklus dapat berfungsi dengan normal, diperlukan pasokan intermediet yang konstan:
- Piruvat karboksilase: piruvat + CO₂ → oksaloasetat (reaksi anaplerotik utama)
- Glutamat dehydrogenase: glutamat → α-ketoglutarat
- Aminotransferase: aspartat → OAA (melalui AST)
Jika OAA "bocor" ke glukoneogenesis (melalui PEP-karboksikinase), reaksi anaplerotik memulihkan kadarnya.
Korelasi klinis
- Defisiensi tiamin (B₁) — tiamin adalah komponen TPP, kofaktor α-ketoglutarat dehidrogenase dan piruvat dehidrogenase. Defisiensi → beri-beri, ensefalopati Wernicke
- Keracunan fluoroasetat — fluorositrat memblokir akonitase → penghentian siklus
- Mutasi suksinat dehidrogenase (SDH) — dikaitkan dengan paraganglioma dan feokromositoma (akumulasi suksinat mengaktivasi HIF-1α)
- Laktasidosis — pada hipoksia, siklus Krebs melambat → piruvat tidak masuk ke dalam siklus → diubah menjadi laktat
- Onkometabolit — mutasi isositrat dehidrogenase (IDH1/2) pada glioma → alih-alih α-KG, terbentuk 2-hidroksiglutarat
Pertanyaan yang Sering Diajukan (FAQ)
Mengapa siklus Krebs tidak bekerja tanpa oksigen?
Siklus itu sendiri tidak mengonsumsi O₂ secara langsung, tetapi tanpa oksigen rantai respirasi berhenti → NADH dan FADH₂ tidak dioksidasi kembali → NAD⁺ dan FAD tidak beregenerasi → enzim siklus Krebs tidak dapat berfungsi (memerlukan koenzim teroksidasi sebagai akseptor).
Berapa banyak ATP yang dihasilkan oleh satu molekul glukosa?
Maksimal ~30–32 ATP: glikolisis menghasilkan 2 ATP + 2 NADH, piruvat dehidrogenase — 2 NADH, dua putaran siklus Krebs — 6 NADH + 2 FADH₂ + 2 GTP. Semuanya dijumlahkan melalui ETC. Angka pasti bergantung pada mekanisme antar-jemput (malat-aspartat → 2,5 ATP/NADH, gliserofosfat → 1,5 ATP/NADH).
Bagaimana cara menghafal reaksi siklus?
Mnemonik untuk huruf pertama substrat: "Citrat, cis-Akonitat, Isositrat, α-ketoglutarat, Suksinil-KoA, Suksinat, Fumarat, Malat, Oksaloasetat". Ingat juga "3-4-5-6": tiga reaksi ireversibel, empat reaksi oksidatif, lima intermediet asam karboksilat, enam atom karbon dalam sitrat.
Pelajari biokimia melalui pelajaran biokimia interaktif di platform ini. Topik terkait: asam amino, mitosis dan meiosis, antibiotik. Gunakan kalkulator klinis untuk latihan.