Biokimia TCA

BAB I

PENDAHULUAN

1. Latar Belakang

Daur TCA atau daur DAT (Daur Asam Trikarboksilat) berfungsi untuk mengoksidasi Asetil-KoA yang dihasilkan antara lain oleh Asam Piruvat. Senyawa terakhir ini dihasilkan oleh jalur utama (jalur glukosa-P menjadi Asam Piruvat). Baik Asam Piruvat maupun Asam Laktat masih mengandung energi yang banyak. Oleh karena itu, maka berdasarkan prinsip ekonomi sel, senyawa tersebut dapat diambil energinya dengan jalan mengubahnya menjadi CO₂ dan H₂O. Perubahan itu hanya bisa berlangsung apabila cukup tersedia Oksigen. Unsur yang terakhir ini digunakan untuk menangkap Hidrogen yang dibebaskan substrat. Dalam hal ini perlu diingat bahwa pada glikolisis dan fermentasi alkohol, Hidrogen yang dibebaskan dari substrat ditempelkan pada Asam Piruvat. Dari perhitungan jumlah energi yang dibebaskan dari Glukosa maka pembongkaran melalui jalur TCA/DAT yang aerobic ini menghasilkan energi yang jauh lebih besar apabila dibandingkan dengan pemecahan melalui jalur Glikolitik yang bersifat anaerobic itu.

Jalur yang melingkar ini disusun oleh Sir Hans Krebs, seorang ahli biokimia berkebangsaan Inggris. Karena penemuannya itu beliau mendapatkan hadiah Nobel pada tahun 1953. Jalur tersebut juga dinamakan Daur Krebs yang tahap-tahap dan reaksinya lebih lanjut akan dibahas dalam makalah ini.

 

1. Rumusan Masalah
2. Apakah yang dimaksud dengan daur TCA?
3. Bagaimanakah tahap-tahap dari daur TCA?
4. Zat-zat apa saja yang digunakan dalam daur TCA dan zat-zat apa saja yang dihasilkan?

 

1. Tujuan Penulisan
2. Agar pembaca dapat mengetahui pengertian dari daur TCA
3. Agar pembaca dapat mengetahui dan memahami tahap-tahap dari daur TCA
4. Agar pembaca dapat mengetahui zat-zat apa saja yang digunakan dalam daur TCA dan zat-zat apa saja yang dihasilkan

 

 

1. Manfaat Penulisan
2. Pembaca dapat mengetahui pengertian dari daur TCA
3. Pembaca dapat mengetahui dan memahami tahap-tahap dari daur TCA
4. Pembaca dapat mengetahui zat-zat apa saja yang digunakan dalam daur TCA dan zat-zat apa saja yang dihasilkan

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

BAB II

PEMBAHASAN

 

1. Pengertian Daur TCA (Tri Carboksilat Acid)

Siklus Krebs adalah pemecahan asetil KoA (senyawa 2 C) menjadi CO₂ (senyawa 1 C), berlangsung di matriks mitokondria, dan terjadi secara aerob. Siklus krebs disebut siklus asam sitrat karena sennyawa pertama yang dibentuk dalam siklus krebs adalah asam sitrat. Disebut juga asam karboksilat karena dalam siklus krebs terlibat asam-asam dengan tiga gugus karboksil.

Daur TCA merupakan jalur metabolisme utama dari berbagai senyawa hasil metabolisme, yaitu :

1. Hasil katabolisme karbohidrat
2. Hasil katabolisme lemak
3. Hasil katabolisme protein

Yang berupa: Asetil koenzim-A sebagai hasil katabolisme lemak dan karbohidrat serta oksaloasetat, fumarat dan alfa ketoglutarat hasil katabolisme asam amino dan protein

Fungsi siklus krebs adalah sebagai berikut:

1. Menghasilkan karbondioksida terbanyak pada jaringan manusia.
2. Menghasilkan sejumlah koenzim tereduksi yang menggerakkan rantai pernapasan untuk produksi ATP
3. Mengkonversi sejumlah energi serta zat intermidiet yang berlebihan untuk digunakan pada sintesis asam lemak.
4. Menyediakan sebagian bahan keperluan untuk sintesis protein dan asam nukleat.
5. Melakukan pengendalian langsung berupa produk (alosterik) terhadap sistem enzim lain melalui komponen-komponen siklus.

Daur TCA Krebs dan proses-proses yang ada hubungannya merupakan bagian pusat dari metabolisme intermediet. Hal ini telah diistilahkan sebagai rangkaian jalur reaksi amfibolik, karena bukan memberikan energi dengan cara pemecahan satuan dua-karbon asetil dari asetil KoA, tetapi juga membuat metabolisme intermediet dari daur tersedia bagi keperluan-keperluan biosintetik. Karena daur TCA merupakan suatu lingkaran tertutup jika dikatakan demikian, maka tidak ada sintesa yang bersih di dalam daur. Oleh karena itu rangkaian jalur reaksi-reaksi yang lain mengisi lagi intermediet dari daur TCA untuk mengganti material yang diambil untuk keperluan lain-lain.

Setelah satu mol asetil KoA bereaksi, satu mol yang lain bereaksi dengan oksaloasetat untuk menghasilkan sitrat yang dilanjutkan dengan “berputarnya” daur. Gambar 9.5 memperlihatkan tahapan-tahapan dari daur TCA lebih terperinci.

 

 

 

1. Tahap-Tahap dari Daur TCA (Tri Carboksilat Acid)

Daur TCA (Tri Carboksilat Acid) disusun oleh Sir Hans Krebs, seorang ahli biokimia berkebangsaan Inggris. Karena penemuannya itu beliau mendapatkan Nobel pada tahun 1953. Daur TCA ini dapat disebut juga Daur Krebs yang reaksinya dapat dilihat pada gambar dibawah ini:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Sebagaimana tampak pada gambar itu, jalur yang memecah asetil Ko-A menjadi CO₂ dan H₂O itu terdiri dari beberapa tahapan reaksi yang masing-masing dikatalis oleh enzim. Dari delapan reaksi tersebut, empat diantaranya merupakan reaksi oksidasi. Reaksi-reaksi di atas secara bertahap akan dijelaskan di bawah ini.

 

1. Pembentukan Sitrat (Kondensasi)

Pembentukan sitrat dilaksanakan oleh sitrat sintetase, juga dikenal sebagai enzim penyebab kondensasi sitrat atau oksalo asetat liase. Jika mekanisme sesungguhnya dari enzim tidak dipahami secara lengkap, maka kimia organik yang tersangkut adalah reaksi kondensasi antara suatu gugus karbonil dan suatu nukleofil:

Diketahui bahwa sitrat sitetase merupakan enzim pengatur yang mengawasi laju daur TCA. Misalnya ATP merupakan modulator negatif dari sitrat sintetase. Penghalangan oleh ATP mengurangi afinitas enzim untuk asetil KoA, apabila kebutuhan untuk oksidasi asetil KoA dengan daur TCA adalah rendah. Asetil KoA kemudian disimpangkan ke dalam saluran-saluran lain seperti biosintesa lipida. Walaupun hasil-hasil reaksi ini merupakan suatu molekul yang simetrik, namun reaksi enzim terjadi seakan-akan merupakan substrat yang tak simetrik.

Enzim sitrat sintetase dapat pula mengkatalis pembentukan sitrat dari monoflouro-CoA. Senyawa yang terakhir ini tidak beracun akan tetapi apabila zat itu bergabung dengan oksaloasetat dan terbentuk monoflourositrat yang akan menghambat bekerjanya enzim berikutnya (akonitase).

Pembahasan energi bebasnya (DF^o) adalah sebesar -7.700 kal/mol. Ini berarti bahwa reaksinya itu condong ke arah hasil kondensasi. Lepasnya energi yang begitu besar disebabkan karena bebasnya gugus –SKoA yang mendorong reaksi itu ke kanan.

 

2. Pembentukan Isositrat

Asam sitrat yang terbentuk pada reaksi kondensasi dapat mengalami interkonversi yang dikatalis oleh enzim akonitase. Pada peristiwa konversi ini terjadilah perubahan energi bebas sebesar + 1.590 kal/mol.

Reaksi tersebut dapat dipandang sebagai hidrasi-dehidrasi. Andaikan dimulai dari ikatan ganda dan gugus karboksil letaknya cis, maka kemungkinan penempatan H dan OH adalah sebagai berikut :

Kemungkinan pertama adalah gugus OH masuk ke atom C nomor 2 dan H ke atom C nomor 3, maka hasilnya adalah asam isositrat. Kemungkinan kedua yaitu gugus H masuk ke atom C nomor 2 sedangkan gugus OH ke atom C nomor 3, hasilnya ialah asam sitrat. Ternyata kemungkinan kedua lebih besar dari pada kemungkinan pertama. Hal itu disebabkan antara lain oleh perbedaan gugus yang terikat pada ikatan ganda yaitu H dan – CH₂COO^–. Kemungkinan yang paling besar adalah penempelan H pada atom C yang sudah mengandung H (Markovnikov).

Enzim akonitase ini memerlukan Fe²⁺. Kalau pada reaksi sebelumnya terbentuk fluorositrat maka enzim ini tidak dapat bekerja.

 

3. Dehidrogenase Isositrat

Ada dua bentuk isositrat dehidrogenase, satu bentuk memerlukan NAD⁺ dan yang lain memerlukan NADP⁺. Reaksi ini merupakan tahap pembatas laju dari daur TCA dan karenanya mengendalikan laju keseluruhan pernafasan. NAD⁺ isositrat dehidrogenase merupakan enzim pengatur yang diaktifkan oleh ADP dan NAD⁺ serta dihalang-halangi oleh ATP dan NADH. Enzim katabolic NAD⁺ “menghentikan” apabila tingkat ATP (asetil KoA) tinggi. Isositrat yang dioksidasi oleh isositrat dehidrogenase NADP⁺ menghasilkan NADPH, yang diperlukan untuk pengubahan asetil KoA menjadi asam-asam lemak dan keperluan-keperluan biosintesa yang lain.

Pada reaksi dehidrogenase dan sekaligus dekarboksilasi isositrat ini dihasilkan α ketoglutarat. Lepasnya CO₂ mendorong reaksi ini kearah pembentukan ketoglutamat.

Enzim yang mengkatalis disebut isositrat dehidrogenase yang dibantu oleh NAD⁺ atau NADP⁺ dan membutuhkan ion Mg⁺ atau Mn⁺ untuk aktivitasnya.

Dehidrogenase ini tergolong dalam enzim allosterik dan membutuhkan ADP sebagai modulator positif.

4. Dekarboksilasi Oksidasi -Ketoglutarat

Dekarboksilasi oksidatif dari – ketoglutarat menurut tata cara adalah identik dengan oksidasi piruvat oleh piruvat dehidrogenase. Seharusnya tidaklah mengherankan bahwa enzim – ketoglutamat dehidrogenase dalam struktur dan sifat-sifat adalah sama dengan piruvat dehidrogenase multienzim kompleks. Seperti halnya dengan bentuk–bentuk kompleks piruvat asetil KoA, maka -ketoglutarat dehidrogenase menuju ke pembentukan suksinil CoA :

 

5. Tiokinasi

Ikatan energi tinggi pada senyawa suksinil-KoA dapat dipindahkan ke GDP yang dengan fosfat membentuk GTP. Peristiwa ini dikenal sebagai fosforilasi tingkat substrat yang berbeda dari fosforilasi tingkat elektron-oksigen.

 

Enzim yang mengkatalis adalah suksinil-CoA tiokinase (suksinil-KoA sintasi) GTP yang terbentuk pada reaksi di atas, gugus fosfat dan energinya dapat dipindahkan ke-ADP yang selanjutnya menjadi

GTP + ADP                           GDP + ATP

 

6. Dehidrogenase Suksinat

Dehidrogenase Suksinat merupakan satu-satunya dehidrogenase dalam daur TCA yang memerlukan FAD dan sangat erat hubungannya dengan unsur-unsur pernafasan dan enzim di dalam membran mitokondria. Berbeda dengan dehidrogenase sebelumnya, enzim ini mengandung Co-enzim FAD yang terikat erat secara kovalen pada protein enzim. Suksinat dehidrogenase ini mengandung 4 atom S dan Fe tanpa heme. Atom-atom S-nya dapat direduksi dan Fe bisa mengalami perubahan valensi dari 2⁺ ke 3⁺ dan sebaliknya. Enzim ini terikat erat oleh membran mitokondria.

 

 

 

 

 

Asam Suksinat                       Asam Fumarat

Asam fumarat yang terbentuk dalam konfigurasi trans. Suksinat dehidrogenase dihambat secara kompetitif oleh asam malonat.

 

7. Pembentukan L-Malat

Hidrasi stereospesifik dari ikatan rangkap dua karbon–karbon pada fumarat menghasilkan anion asam -hidroksi dikarboksilat yaitu L-malat. Enzim yang bekerja sebagai katalisator dalam reaksi ini adalah fumarase, yang streospesifik bagi pembentukan L-malat :

 

 

 

 

Fumarat                                  L-Malat

 

8. Dehidrogenase L-Malat

L-asam malat selanjutnya mengalami dehidrogenasi menghasilkan asam oksaloasetat. Koenzim yang ikut serta dalam perubahan ini adalah NAD­­­⁺ enzimnya bernama L-malat dehidrogenase. Pada sel hewan tingkat tinggi enzim tersebut terdapat dalam mitokondria dan dalam sitoplasma ekstramitokondria.

Dengan terbentuknya asam oksaloasetat maka daur asam trikarboksilat sudah menyelesaikan tugasnya dan kembali berfungsi lagi bereaksi dengan asetil-KoA.

Reaksi jumlah LAT adalah:

Asetil –KoA yang bereaksi dengan asam oksaloasetat berasal dari karbohidrat, lemak dan protein. Karbohidrat yang menghasilkan satuan C-2 adalah asam piruvat melalui reaksi dekarboksilasi oksidatif. Mekanismenya serupa dengan dekarboksilasi oksidatif asam ketoglutarat.

 

1. Zat-zat dalam daur TCA

Asetil KoA dengan asam oksaloasetat, akan membentuk asam sitrat. Siklus Krebs disebut juga dengan siklus asam sitrat, karena menggambarkan langkah pertama dari siklus tersebut, yaitu penyatuan asetil KoA dengan asam oksaloasetat untuk membentuk asam sitrat. Pertama-tama, asetil KoA hasil dari reaksi antara (dekarboksilasi oksidatif) masuk ke dalam siklus dan bergabung dengan asam oksaloasetat membentuk asam sitrat. Setelah “mengantar” asetil masuk ke dalam siklus Krebs, KoA memisahkan diri dari asetil dan keluar dari siklus. Kemudian, asam sitrat mengalami pengurangan dan penambahan satu molekul air sehingga terbentuk asam isositrat. Lalu, asam isositrat mengalami oksidasi dengan melepas ion H⁺, yang kemudian mereduksi NAD⁺ menjadi NADH, dan melepaskan satu molekul CO₂ dan membentuk asam -ketoglutarat Setelah itu, asam -ketoglutarat kembali melepaskan satu molekul CO₂, dan teroksidasi dengan melepaskan satu ion H⁺ yang kembali mereduksi NAD⁺ menjadi NADH. Selain itu, asam -ketoglutarat mendapatkan tambahan satu KoA dan membentuk suksinil KoA. Setelah terbentuk suksinil KoA, molekul KoA kembali meninggalkan siklus, sehingga terbentuk asam suksinat. Pelepasan KoA dan perubahan suksinil KoA menjadi asam suksinat menghasilkan cukup energi untuk menggabungkan satu molekul ADP dan satu gugus fosfat anorganik menjadi satu molekul ATP. Kemudian, asam suksinat mengalami oksidasi dan melepaskan dua ion H⁺, yang kemudian diterima oleh FAD dan membentuk FADH₂, dan terbentuklah asam fumarat. Satu molekul air kemudian ditambahkan ke asam fumarat dan menyebabkan perubahan susunan (ikatan) substrat pada asam fumarat, karena itu asam fumarat berubah menjadi asam malat. Terakhir, asam malat mengalami oksidasi dan kembali melepaskan satu ion H⁺, yang kemudian diterima oleh NAD⁺ dan membentuk NADH, dan kembali terbentuk. Asam oksaloasetat ini kemudian akan kembali mengikat asetil KoA dan kembali menjalani siklus Krebs, karena selama reaksi oksidasi pada molekul glukosa hanya dihasilkan 2 molekul asetil koenzim A, maka siklus Krebs harus berlangsung sebanyak dua kali. setiap satu molekul asetil KoA (2C) yang masuk ke siklus krebs menghasilkan 3 NADH (setara 9 ATP), 1 FADH (setara 2 ATP), dan 1 ATP.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

BAB III

PENUTUP

 

1. Kesimpulan

Berdasarkan makalah ini dapat disimpulkan bahwa:

1. Siklus Krebs adalah pemecahan asetil KoA (senyawa 2 C) menjadi CO₂ (senyawa 1 C), berlangsung di matriks mitokondria, dan terjadi secara aerob.
2. Tahap siklus Krebs ada 8 tahap yaitu pembentukan sitrat (kondensasi), pembentukan isositrat, dehidrogenase isositrat, oksidasi α-ketoglutarat, tiokinasi, dehidrogenase suksinat, pembentukan L-Malat, dehidrogenase L-Malat.
3. Zat-zat dalam Siklus Krebs/Daur TCA adalah Asetil KoA dengan asam oksaloasetat, akan membentuk asam sitrat, asam isositrat, asam α -ketoglutarat, suksinil KoA, asam suksinat, asam fumarat, asam malat, dan ATP.

 

1. Saran

Saran yang dapat diberikan adalah agar mahasiswa banyak mencari referensi tentang materi siklus Krebs/daur TCA ini. Agar mahasiswa benar-benar mengetahui dan memahami tentang pengertian, tahap-tahap serta zat-zat yang terdapat dalam siklus Krebs/daur TCA ini.

DAFTAR PUSTAKA

 

Maroharsono, Soeharsono. 2006. Biokimia 2. Yogyakarta: Gadjah Mada University Press.

Page, David. 1997. Prinsip-prinsip Biokimia. Surabaya: Universitas Airlangga.

Schumm, Dorothy E. 1993. Intisari Biokimia. Jakarta: Binarupa Aksara.

Solikhin. 2011. Serasi Biologi. Banjarmasin.