Siklus Krebs: Konsep, Fungsi, dan Tahapannya

Ilustrasi untuk siklus krebs, Foto: Unsplash/Terry Vlisidis

Siklus krebs (krebs cycle) merupakan salah satu tahapan dalam materi respirasi yang dimuat pada mata pelajaran biologi. Serupa dengan materi lainnya, siklus ini memiliki konsep, fungsi, dan tahapannya tersendiri yang tentu saja penting untuk dipelajari.

Dikutip dari laman sciencedirect.com, krebs cycle disebut juga sebagai siklus asam sitrat atau siklus asam trikarboksilat. Siklus ini merupakan serangkaian reaksi kimia yang digunakan oleh organisme aerobik untuk menghasilkan energi melalui oksidasi asetat.

Pada prosesnya, siklus ini melibatkan beberapa komponen kimia dalam tubuh organisme, yang mana kolaborasi komponen tersebut dapat mencapai fungsi siklus, seperti memproduksi beberapa koenzim yang bisa mengatur dan menjalankan sistem pernapasan.

Konsep Siklus Krebs

Ilustrasi untuk siklus krebs, Foto: Unsplash/Hassaan Here

Siklus krebs merupakan tahap ke tiga dalam respirasi aerob, yakni lanjutan dari proses dekarboksilasi oksidatif. Siklus ini disebut juga sebagai siklus asam sitrat, karena senyawa pertama yang terbentuk pada siklus itu sendiri adalah asam sitrat.

Alasan penggunaan kata krebs pada siklus yang satu ini yaitu sebagai bentuk penghargaan kepada Sir Hans Adolf Krebs. Beliau adalah seorang ilmuwan, ahli biokimia sekaligus dokter dari Jerman yang merupakan penemu dari krebs cycle ini (1937).

Selain disebut sebagai siklus asam sitrat, siklus ini juga disebut sebagai tricarboxylic acid cycle (TCA cycle), krebs cycle, dan szent-györgyi-krebs cycle, di mana semua sebutan ini tetap merujuk pada serangkaian reaksi kimia yang terjadi di dalam sel hidup.

Reaksi kimia tersebut bekerja untuk melepaskan energi yang tersimpan dalam nutrisi, melalui oksidasi asetil ko-A atau CoA yang berasal dari karbohidrat, lemak, dan protein. Energi kimia yang dilepaskan ini tersedia dalam bentuk ATP.

Dalam prosesnya, siklus ini juga diartikan sebagai sederetan jenjang reaksi metabolisme pernapasan seluler yang terpacu pada enzim, dan terjadi setelah proses glikolisis. Kemudian, siklus ini menjadi lintasan dari lebih 500 reaksi metabolisme yang terjadi di dalam sel.

Siklus asam sitrat hadir di setiap sel yang menggunakan oksigen untuk menghasilkan energi. Jalur metabolisme ini digunakan sebagai prinsip seluler anabolik atau anabolisme, tetapi juga dapat digunakan dalam keberadaan katabolisme.

Lintasan katabolisme akan menuju pada lintasan pusat ini dengan membawa molekul kecil, yang selanjutnya dirilis untuk menghasilkan energi. Sedangkan, lintasan anabolisme merupakan lintasan yang bercabang keluar dari lintasan ini.

Lintasan anabolisme itu dilengkapi dengan penyediaan substrat senyawa karbon untuk keperluan biosintesis. Berdasar laman sampoernaacademy.sch.id, siklus asam sitrat berasal dari karbohidrat yang keluar membentuk lemak.

Sedangkan, bahan yang masuk untuk siklus ini bersumber dari asam amino yang keluar membentuk karbohidrat. Proses tersebut mengakibatkan terjadinya pelepasan dan penangkapan ATP sebagai energi untuk jaringan.

Karena runtutan proses itulah siklus ini kemudian dikenal sebagai proses konversi lemak dan karbohidrat (glikolisis) menjadi energi berupa ATP (adenosine trifosfat). Energi yang diperoleh dari jalur metabolisme ini sangat penting untuk berbagai kebutuhan.

Fungsi Krebs Cycle

Ilustrasi untuk siklus krebs, Foto: Unsplash/Google DeepMind

Siklus yang akrab disebut TCA cycle ini memiliki banyak fungsi yang berkontribusi aktif untuk jaringan pada tubuh, utamanya yang berkaitan dengan respirasi, sebagaimana deretan fungsi TCA cycle, berikut ini (sampoernaacademy.sch.id):

Tahapan Krebs Cycle

Girl with red hat

Krebs cycle diketahui terjadi di matriks mitokondria. Secara ringkas, siklus ini terbagi pada delapan tahapan, yang mana seluruh tahapan itu melibatkan interaksi enzim dan sebagian pelepasan karbon. Untuk lebih jelasnya, simaklah 8 tahapan berikut ini:

1. Asetil CoA + oksaloasetat => Sitrat

Pada tahap pertama, Asetil CoA yang memiliki 2 atom karbon, merupakan hasil dari dekarboksilasi oksidatif, akan mengalami kondensasi bersama dengan senyawa oksaloasetat yang memiliki 4 atom karbon.

Sehingga, antara gugus asetil dan oksaloasetat membentuk ikatan menjadi senyawa berkarbon 6, yakni sitrat atau asam sitrat. Pada saat pembentukan asam sitrat ini, CoA akan dilepaskan, sehingga asam sitrat tidak memiliki enzim CoA.

2. Sitrat => Isositrat

Sitrat akan mengalami perubahan menjadi isositrat yang masih memiliki karbon 6, karena reaksi yang terjadi pada tahap ini hanya isomerisasi, atau perubahan dari satu senyawa menjadi senyawa lain yang masih memiliki rumus senyawa yang sama.

Pada tahap ini terjadi 2 reaksi, yaitu pelepasan molekul air atau H₂O, yang prosesnya dikenal sebagai dehidrasi, namun, kemudian pada tahap ini juga terjadi proses penambahan molekul air, yang prosesnya dikenal sebagai hidrasi.

3. Isositrat => Alfa Ketoglutarat

Pada tahap ke-3, isositrat yang memiliki 6 karbon akan diubah menjadi alfa ketoglutarat yang memiliki 5 atom karbon. Sebabnya, pada tahapan ini terjadi pelepasan ikatan, yang berarti ada elektron yang dilepaskan pula.

Elektron yang dilepaskan ini akan diterima oleh NAD+, sehingga membentuk NADH. Pada tahap ini pula terjadi proses dekarboksilasi, atau pengurangan karbon, berjumlah 1 karbon, di mana 1 karbon ini akan membentuk CO₂.

4. Alfa Ketoglutarat => Suksinil CoA

Alfa ketoglutarat yang memiliki 5 atom karbon akan diubah menjadi suksinil CoA, yang memiliki 4 atom karbon. Artinya, pada tahap ini juga terjadi dekarboksilasi atau pelepasan 1 karbon, di mana 1 karbon ini akan membentuk CO₂ pula.

Selain itu, pada tahap ini terjadi reduksi NAD+, membentuk NADH. Lalu, karena di sini terjadi pengubahan dari menjadi suksinil CoA, berarti terjadi penambahan CoA yang masuk pada reaksi ini, sehingga CoA akan berikatan dengan senyawa suksinil.

5. Suksinil CoA => Suksinat

Suksinil CoA yang memiliki 4 atom karbon akan diubah menjadi suksinat yang masih memiliki 4 atom karbon. Pada tahap ini, tidak terjadi pengurangan atom karbon seperti tahap sebelumnya, tetapi, di sini terjadi beberapa reaksi.

Di antaranya, fosfat inorganik atau Pi akan berperan sebagai pemutus CoA yang terdapat pada suksinil, sehingga di sini CoA akan dilepaskan dan Pi akan berikatan dengan GDP, membentuk GTP.

Pada beberapa sel, fosfat yang telah membentuk GTP akan ditransfer lagi ke ADP, sehingga membentuk ATP. Baik GTP atau ATP, keduanya memiliki energy yang setara.

6. Suksinat => Fumarat

Suksinat yang memiliki 4 atom karbon akan diubah menjadi fumarat yang memiliki 4 atom karbon pula. Di tahap ini terjadi pelepasan elektron, di mana elektron yang terlepas ini akan ditangkap oleh FAD membentuk FADH₂.

7. Fumarat => Malat

Terjadi perubahan dari fumarat menjadi malat. Di sini terjadi penambahan air atau H₂O, yang prosesnya dikenal sebagai hidrasi.

8. Malat => Oksaloasetat

Tahap terakhir, yaitu malat akan diubah kembali menjadi oksaloasetat. Pada tahap ini pula terjadi pembentukan NADH yang berasal dari NAD+.

Dengan demikian, dalam satu kali siklus menghasilkan 2 CO₂, 3 NADH, 1 FADH₂, dan 1 ATP. Kemudian, karena pada dekarboksilasi oksidatif menghasilkan 2 asetil CoA, berarti pada krebs cycle ini akan menghasilkan 4 CO₂, 6 NADH, 2 FADH₂, dan 2ATP (siklus penuh).

(Sumber: Youtube, Biologi Aja!, “Bagaimakah tahapan Siklus Krebs atau Siklus Asam Sitrat?”)

Keterikatan antara Krebs Cycle dengan Glikolisis

Ilustrasi untuk siklus krebs, Foto: Unsplash/Google DeepMind

Energi untuk perkembangan sel-sel dalam jumlah yang tidak terbatas dapat diproduksi oleh siklus krebs dan proses glikolisis. Keduanya memiliki keterhubungan dengan proses katabolisme, di mana glikolisis selalu mendampingi siklus asam sitrat.

Karenanya, selalu terjadi keseimbangan ketika proses pengeluaran energi. Kendati memiliki beberapa kemiripan fungsi, kedua proses ini tentu saja memiliki berbagai perbedaan pula. Di antara perbedaan dasar keduanya, yaitu sebagai berikut:

Demikian ulasan terkait siklus krebs, lengkap dengan konsep, fungsi, dan tahapannya. Untuk lebih memahami materi terkait, pelajarilah berbagai sumber terpercaya lainnya, seperti buku, jurnal, maupun platform media online.(nida)

Baca juga: Materi IPA Kelas 7 SMP Kurikulum Merdeka dan Penjelasannya