Katabolisme Sukrosa II (Siklus Krebs dan Transport Elektron)

Adenosine triphosphate (ATP) merupakan senyawa dalam tubuh yang berfungsi untuk sumber energi. Salah satu sumber ATP adalah dari katabolisme sukrosa. Proses katabolisme sukrosa dibagi menjadi beberapa tahapan, yaitu glikolisis, oksidasi pyruvate, siklus kreb, dan transfer elektron. Tahapan glikolisis dan oksidasi pyruvate telah dibahas pada postingan sebelumnya (Pembahasan tentang glikolisis dan oksidasi pyruvate). Dalam postingan ini akan dibahas tentang siklus kreb, dan transfer elektron. Berikut pembahasan selengkapnya :

SIKLUS KREBS

Acetyl-CoA yang salah satunya dihasilkan dari proses oksidasi piruvat akan dioksidasi pada matriks mitokondria dalam 9 rangkaian reaksi kimia yang disebut dengan  siklus Krebs. Dua atom karbon dari Acetyl-CoA digabungkan oxaloacetate (senyawa 4 atom karbon). Senyawa dengan 6 atom karbon yang dihasilkan kemudian melewati serangkaian reaksi reaksi oksidasi. Berikut adalah penjelasan rangkain reaksi tersebut :

Reaksi ke-1 : Kondensasi

Acetyl-CoA (2 atom karbon) berikatan dengan oxaloacetate (4 atom karbon) membentuk sitrat (6 atom karbon). Reaksi tersebut terhambat bila konsentrasi ATP di dalam sel tinggi dan akan distimulasi jika konsentrasi ATP dalam sel rendah.

Reaksi ke-2 dan ke-3: Isomerisasi.

Sebelum reaksi oksidasi berjalan, gugus hidroksil (-OH) pada sitrat harus direposisi. Reposisi dalakukan dengan 2 tahap yaitu yang pertama air (H₂O) dilepaskan dari salah satu atom karbon, kemudian air (H₂O) ditambahkan ke atom karbon lainnya mengakibatkan gugus –H dan –OH bertukar posisi yang disebut dengan  isocitrate.

Reaksi ke-4: Oksidasi I

Pada oksidasi tahap pertama, isocitrate mengalami reaksi dekarboksilasi oksidatif. Awalnya isocitrate mengalami oksidasi, elektron yang terlepas direduksi oleh NAD⁺ menbentuk NADH. Senyawa yang telah teroksidasi kemudian mengalami dekarboksilasi membentuk CO₂ dan α-ketoglutarate (5 atom karbon).

Reaksi ke-5 : Oksidasi II

α-ketoglutarate didekarboksilasi oleh suatu kompleks multienzim membentuk succinyl-CoA dan melepaskan CO₂. Reaksi tersebut juga melepaskan elektron yang selanjutnya mereduksi NAD⁺ menjadi NADH

Reaction ke-6 : Fosfolarisasi tingkat substrat

Ikatan antara succinyl dan CoA menyimpan energi yang tinggi. Ikatan tersebut kemudian dipecah oleh enzim Succinyl-CoA synthetase. Energi yang dilepaskan saat terputusnya ikatan menyebabkan terjadinya fosforilasi guanosine diphosphate (GDP) menjadi guanosine triphosphate (GTP) yang selanjutnya akan dikonversi menjadi ATP. Reaksi pemecahan Succinyl-CoA membentuk senyawa 4 atom karbon yang disebut dengan succinate.

Reaksi ke-7 : Oksidasi III

Selanjutnya, succinate teroksidasi menjadi fumarate, namun elektron yang dilepaskannya tidak cukup untuk mereduksi NAD⁺ menjadi NADH, sehingga elektron tersebut mereduksi FAD menjadi FADH₂ yang selanjutnya akan masuk ke dalam transport elektron.

Reaksi ke 8 dan ke 9 : Regenerasi Oxaloacetate

Air (H₂O) diikat oleh fumarate membentuk malate. Malate kemudian dioksidasi menjadi oxaloacetate. Elektron yang dilepaskan kemudian digunakan untuk mereduksi NAD⁺ menjadi NADH dan Oxaloacetate akan kembali mengikat Acetyl-CoA lain untuk memasuki siklus krebs.

Reaksi dalam Siklus Krebs

RANGKAIAN TRANSPORT ELEKTRON

Pada tahapan glikolisis, oksidasi pyruvate dan siklus krebs dihasilkan NADH dan FADH₂ yang kemudian akan memberikan elektronnya untuk menghasilkan ATP dalam rangkaian transport elektron. NADH dipecah menjadi NAD⁺ dan ion H⁺ oleh enzim NADH dehydrogenase yang ada pada membran dalam mitokondria. Elektron yang dilepaskan dari reaksi tersebut kemudian ditangkap oleh suatu carrier elektron yang disebut dengan ubiquinone dan dibawa melewati kompleks protein sitokrom yang disebut dengan bc1 complex. Dari bc1 complex, elektron dibawa oleh carrier elektron  lain menuju kompleks sitokrom b oksidase. Pada kompleks tersebut, 4 elektron digunakan untuk mereduksi oksigen (O₂) membentuk 2 molekul air (H₂O). Sedangkan FADH₂ yang selalu menempel pada membran dalam mitokondria langsung memberikan elektronnya pada ubiquinone dan selanjutnya melalui tahap seperti elektron dari NADH. 

Rangkaian Transport Elektron

Proses transport elektron dari NADH dan FADH₂ ke kompleks sitokrom b oksidase mendorong proton (H⁺) dari matrix mitokondria menuju bagian intermembran. Transport elektron yang terjadi menyebabkan konsentrasi proton (H⁺) pada bagian intermembran lebih tinggi daripada konsentrasi proton (H⁺) pada matrix mitokondria.  Tingginya konsentrasi proton (H⁺) tersebut menyebabkan proton (H⁺) terdorong untuk berdifusi ke dalam matrix mitokondria lagi. Difusi proton (H⁺) ke dalam matrix mitokondria melalui sebuah protein channel. Ketika proton (H⁺) melintas, protein channel mensintesis ATP dari ADP dan Pi. Tiap-tiap NADH menyebabkan 3 elektron terdorong ke matrix mitokondria sehingga 1 NADH dapat menghasilkan 3 ATP, sedangkan tiap-tiap FADH₂ menyebabkan 2 elektron terdorong ke matrix mitokondria sehingga 1 FADH₂  NADH dapat menghasilkan 2 ATP. Karena proses pembentukan ATP tersebut didorong oleh difusi yang mirip dengan osmosis, rangkaian proses tersebut dinamakan dengan chemiosmosis.

Sintesis ATP pada rangkaian transport elektron