Siklus Krebs dan Transpor Elektron

Siklus Krebs
Siklus Krebs adalah tahapan selanjutnya dari respirasi seluler. Siklus Krebs adalah reaksi antara asetil ko-A dengan asam oksaloasetat, yang kemudian membentuk asam sitrat. Siklus Krebs disebut juga dengan siklus asam sitrat, karena menggambarkan langkah pertama dari siklus tersebut, yaitu penyatuan asetil ko-A dengan asam oksaloasetat untuk membentuk asam sitrat.
Pertama-tama, asetil ko-A 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, ko-A 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 a-ketoglutarat (baca: asam alpha ketoglutarat). Setelah itu, asam a-ketoglutarat kembali melepaskan satu molekul CO2, dan teroksidasi dengan melepaskan satu ion H+ yang kembali mereduksi NAD+ menjadi NADH. Selain itu, asam a-ketoglutarat mendapatkan tambahan satu ko-A dan membentuk suksinil ko-A. Setelah terbentuk suksinil ko-A, molekul ko-A kembali meninggalkan siklus, sehingga terbentuk asam suksinat. Pelepasan ko-A dan perubahan suksinil ko-A 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 asam oksaloasetat kembali terbentuk. Asam oksaloasetat ini kemudian akan kembali mengikat asetil ko-A dan kembali menjalani siklus Krebs.
Dari siklus Krebs ini, dari setiap molekul glukosa akan dihasilkan 2 ATP, 6 NADH, 2 FADH2, dan 4 CO2. Selanjutnya, molekul NADH dan FADH2 yang terbentuk akan menjalani rangkaian terakhir respirasi aerob, yaitu rantai transpor elektron.
Transpor Elektron
Rantai transpor elektron adalah tahapan terakhir dari reaksi respirasi aerob. Transpor elektron sering disebut juga sistem rantai respirasi atau sistem oksidasi terminal. Transpor elektron berlangsung pada krista (membran dalam) dalam mitokondria. Molekul yang berperan penting dalam reaksi ini adalah NADH dan FADH2, yang dihasilkan pada reaksi glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, dan siklus Krebs. Selain itu, molekul lain yang juga berperan adalah molekul oksigen, koenzim Q (Ubiquinone), sitokrom b, sitokrom c, dan sitokrom a.
Pertama-tama, NADH dan FADH2 mengalami oksidasi, dan elektron berenergi tinggi yang berasal dari reaksi oksidasi ini ditransfer ke koenzim Q. Energi yang dihasilkan ketika NADH dan FADH2 melepaskan elektronnya cukup besar untuk menyatukan ADP dan fosfat anorganik menjadi ATP. Kemudian koenzim Q dioksidasi oleh sitokrom b. Selain melepaskan elektron, koenzim Q juga melepaskan 2 ion H+. Setelah itu sitokrom b dioksidasi oleh sitokrom c. Energi yang dihasilkan dari proses oksidasi sitokrom b oleh sitokrom c juga menghasilkan cukup energi untuk menyatukan ADP dan fosfat anorganik menjadi ATP. Kemudian sitokrom c mereduksi sitokrom a, dan ini merupakan akhir dari rantai transpor elektron. Sitokrom a ini kemudian akan dioksidasi oleh sebuah atom oksigen, yang merupakan zat yang paling elektronegatif dalam rantai tersebut, dan merupakan akseptor terakhir elektron. Setelah menerima elektron dari sitokrom a, oksigen ini kemudian bergabung dengan ion H+ yang dihasilkan dari oksidasi koenzim Q oleh sitokrom b membentuk air (H2O). Oksidasi yang terakhir ini lagi-lagi menghasilkan energi yang cukup besar untuk dapat menyatukan ADP dan gugus fosfat organik menjadi ATP. Jadi, secara keseluruhan ada tiga tempat pada transpor elektron yang menghasilkan ATP. 
Sejak reaksi glikolisis sampai siklus Krebs, telah dihasilkan NADH dan FADH2 sebanyak 10 dan 2 molekul. Dalam transpor elektron ini, kesepuluh molekul NADH dan kedua molekul FADH2 tersebut mengalami oksidasi sesuai reaksi berikut.
 
Setiap oksidasi NADH menghasilkan kira-kira 3 ATP, dan kira-kira 2 ATP untuk setiap oksidasi FADH2. Jadi, dalam transpor elektron dihasilkan kira-kira 34 ATP. Ditambah dari hasil glikolisis dan siklus Krebs, maka secara keseluruhan reaksi respirasi seluler menghasilkan total 38 ATP dari satu molekul glukosa. Akan tetapi, karena dibutuhkan 2 ATP untuk melakukan transpor aktif, maka hasil bersih dari setiap respirasi seluler adalah 36 ATP.
Respirasi
Respirasi yaitu suatu proses pembebasan energi yang tersimpan dalam zat sumber energi melalui proses kimia dengan menggunakan oksigen. Dari respirasi akan dihasilkan energi kimia ATP untak kegiatan kehidupan, seperti sintesis (anabolisme), gerak, pertumbuhan.

Contoh: 
Respirasi pada Glukosa, reaksi sederhananya: 
C6H2O6 + 6 O2 --> 6 H2O + 6 CO2 + Energi
(glulosa)

Reaksi pembongkaran glukosa sampai menjadi H2O + CO2 + Energi, melalui tiga tahap :

1. Glikolisis.
2. Daur Krebs.
3. Transpor elektron respirasi.

1. Glikolisis:

Peristiwa perubahan :
Glukosa --> Glulosa - 6 - fosfat -->Fruktosa 1,6 difosfat --> 
3 fosfogliseral dehid (PGAL) / Triosa fosfat --> Asam piravat.

Jadi hasil dari glikolisis :
1.1. 2 molekul asam piravat.
1.2. 2 molekul NADH yang berfungsi sebagai sumber elektron berenergi
 tinggi.
1.3. 2 molekul ATP untuk setiap molekul glukosa.


2. Daur Krebs (daur trikarboksilat):
Daur Krebs (daur trikarboksilat) atau daur asam sitrat merupakan pembongkaran asam piravat secara aerob menjadi CO2 dan H2O serta energi kimia 
 
Gbr. Bagan reaksi pada siklus Krebs
3. Rantai Transportasi Elektron Respiratori:
Dari daur Krebs akan keluar elektron dan ion H+ yang dibawa sebagai NADH2 (NADH + H+ + 1 elektron) dan FADH2, sehingga di dalam mitokondria (dengan adanya siklus Krebs yang dilanjutkan dengan oksidasi melalui sistem pengangkutan elektron) akan terbentuk air, sebagai hasil sampingan respirasi selain CO2.

Produk sampingan respirasi tersebut pada akhirnya dibuang ke luar tubuh melalui stomata pada tumbuhan dan melalui paru-paru pada peristiwa pernafasan hewan tingkat tinggi.
Ketiga proses respirasi yang penting tersebut dapat diringkas sebagai berikut: 

PROSES AKSEPTOR ATP
1. Glikolisis: 
 Glukosa  2 asam piruvat
2 NADH 2 ATP
2. Siklus Krebs: 
 2 asetil piruvat  2 asetil KoA + 2 CO2  
 2 asetil KoA  4 CO2
2 NADH 2 ATP
3. Rantai trsnspor elektron respirator:
 10 NADH + 5O2 ——> 10 NAD+ + 10 H2O
 2 FADH2 + O2 ——> 2 PAD + 2 H20  
6 NADH 2 PADH2
30 ATP
4 ATP
Total 38 ATP
Kesimpulan :
Pembongkaran 1 mol glukosa (C6H12O6) + O2 ——> 6 H2O + 6 CO2 menghasilkan energi sebanyak 38 ATP.
Glikolisis, Siklus Asam Sitrat dan Fermentasi
A. Glikolisis
Glikolisis adalah rangkaian reaksi yang mengkonversi glukosa menjadi piruvat. Pada organisme aerob, glikolisis adalah pendahuluan jalur asam sitrat dan rantai transport electron, saat sebagian besar energi bebas glukosa dihasilkan. Sepuluh reaksi glikolisis terjadi di dalam sitosol. Pada tahap pertama, glukosa dikonversi menjadi fruktosa 1,6-bifosfat melalui reaksi fosforilasi, isomerisasi dan fosforilasi kedua. Dua molekul ATP dipakai per molekul gukosa pad reaksi-reaksi ini. Pada tahap kedua, fruktosa 1,6-bifosfat dipecah oleh aldolase membentuk dihidroksiaseton fosfat dan gliselaldehida 3-fosfat, yang mudah mengalami interkonversi. Gliseraldehida 3-fosfat kemudian melalui oksidasi dan fosforilasi membentuk 1,3-bifosfatgliserat, suatu asil fosfat dengan potensi transfer fosforil yang tinggi. 3-fosfogliserat kemudian terbentuk dan ATP dihasilkan. Pada tahap akhir glikolisis, fosfoenolpiruvat, zat antara kedua dengan potensi transfer fosforil yang tinggi dibentuk melalui penggeseran fosforil dan dehidrasi. ATP lainnya dihasilkan sewaktu fosfoenol piruvat dikonversi menjadi piruvat. Terdapat keuntungan bersih 3 molekul ATP pada pembentuk 2 molekul piruvat dari satu molekul glukosa.
Akseptor electron pada oksidasi gliseraldehida 3-fosfat adalah NAD+ yang harus dihasilkan kembali agar glikolisis dapat berlangsung terus. Pada organisme aerob, NADH yang terbentuk pada glikolisis mentransfer elektronnya ke O2 melaluirantai transport electron, dan dengan demikian menghasilkan kembali NAD+. Pada keadaan aerob, NAD+ dihasilkan kembali melalui reduksi piruvat menjadi laktat. Pada sejumlah mikroorganisme, NAD+ biasanya dihasilkan kembali oleh sintesis laktat atau etanol dari piruvat. Dua proses ini merupakan contoh fermentasi.
Jalur glikolisis mempunyai peran ganda, yaitu degradasi glukosa untuk menghasilkan ATP dan memberikan unit-unit penyusun untuk sintesis komponen-komponen sel. Pada keadaan fisiologis, reaksi-reaksi glikolisis dengan mudah reversible kecuali reaksi-reaksi yang dikatalisis oleh heksokinase, fosfofruktokinase, dan piruvatkinase. Fosfofruktokinase, elemen pengontrol terpenting pada glikolisis, dihambat oleh kadar tinggi ATP dan sitrat dan diaktifkan oleh AMP dan fruktosa 2,6-bifosfat. Pada hati, bifosfat ini menandakan bahwa glukosa berlimpah. Karenanya, fosfofruktokinase aktif bila diperlukan energi atau unit-unit penyusun. Heksokinase dihambat olek glukosa 6-fosfat yang berakumulasi bila fosfofruktokinase inaktif. Piruvatkinase, situs pengontrol lainnya, secara alosetrik dihambat oleh ATP dan alanin dan diaktifkan oleh fruktosa 1,6-bifosfat. Akibatnya, piruvatkinase aktif maksimal bila muatan bifungsi yang mengontrol kadar fruktosa 2,6-bifosfat, diatur melalui fosforilasi. Kadar glukosa yang rendah dalam darah mendorong fosforilasi piruvatkinase hati, sehingga aktivitasnya menurun dan dengan demikian menurunkan pemakaian glukosa dalam hati.

B. Siklus asam sitrat
Dua molekul piruvat atau laktat yang terbentuk pada akhir dari glikolisis masih mengandung banyak energi yang tersimpan. Piruvat lewat dari sitosol sel ke mitokondria. Kemudian sebuah sel memakai jalur-jalur yang ada untuk mengeluarkan energi yang masih sisa dari piruvat untuk membentuk ATP. Satu jalur kunci yang disebut siklus asam sitrat.
Sebelum siklus asam sitrat dapat berlangsung, piruvat harus melepaskan satu gugus karbon dioksida dan akhirnya membentuk asetil-CoA. Reaksi ini bersifat irreversible dan memiliki konsequensi metabolik yang penting. Pada saat asam piruvat diobah menjadi asetil-CoA, satu lagi NADH + H akan terbentuk, sehingga akan dihasilkan lagi molekul ATP. Perobahan piruvat menjadi asetil-CoA
membutuhkan vitamin B tiamin, riboflavin, niacin, dan asam pantotenat. Maka, metabolisme karbohidrat tergantung pada adanya vitamin-vitamin ini. Siklus asam sitrat (Siklus Krebs atau Siklus TCA) adalah suatu urutan reaksi-reaksi kimia yang rapi dan bagus, digunakan oleh sel untuk mengubah karbon dari asetat menjadi karbon dioksida dan untuk menghasilkan energi.Asetil-CoA memasuki siklus, dan akhirnya reaksi-reaksi menghasilkan dua molekul karbon dioksida. Di dalam proses ini, sel menghasilkan NADH + H+ dan molekul-molekul lain yang terkait yang akhirnya digunakan membentuk banyak ATP.
Siklus asam sitrat (lihat Gambar) dimulai dengan bergabungnya asetil-CoA dengan asam oksaloasetat membentuk asam sitrat. Di dalam proses ini, molekul CoA dilepaskan. Di dalam satu putaran siklus asam sitrat, molekul asam sitrat dimetaboliser menjadi molekul oksaloasetat dan dua molekul karbon dioksida dilepas. Siklus siap untuk mulai lagi. 
C. Fermentasi
Fermentasi adalah proses produksi energi dalam sel dalam keadaan anaerobik (tanpa oksigen). Secara umum, fermentasi adalah salah satu bentuk respirasi anaerobik, akan tetapi, terdapat definisi yang lebih jelas yang mendefinisikan fermentasi sebagai respirasi dalam lingkungan anaerobik dengan tanpa akseptor elektron eksternal. Gula adalah bahan yang umum dalam fermentasi. Beberapa contoh hasil fermentasi adalah etanol, asam laktat, dan hidrogen. Akan tetapi beberapa komponen lain dapat juga dihasilkan dari fermentasi seperti asam butirat dan aseton. Ragi dikenal sebagai bahan yang umum digunakan dalam fermentasi untuk menghasilkan etanol dalam bir, anggur dan minuman beralkohol lainnya. Respirasi anaerobik dalam otot mamalia selama kerja yang keras (yang tidak memiliki akseptor elektron eksternal), dapat dikategorikan sebagai bentuk fermentasi.
Sejarah 
Ahli Kimia Perancis, Louis Pasteur adalah seorang zymologist pertama ketika di tahun 1857 mengkaitkan ragi dengan fermentasi. Ia mendefinisikan fermentasi sebagai "respirasi (pernafasan) tanpa udara". Pasteur melakukan penelitian secara hati-hati dan menyimpulkan, "Saya berpendapat bahwa fermentasi alkohol tidak terjadi tanpa adanya organisasi, pertumbuhan dan multiplikasi sel-sel secara simultan..... Jika ditanya, bagaimana proses kimia hingga mengakibatkan dekomposisi dari gula tersebut... Saya benar-benar tidak tahu". Ahli kimia Jerman, Eduard Buchner, pemenang Nobel Kimia tahun 1907, berhasil menjelaskan bahwa fermentasi sebenarnya diakibatkan oleh sekeresi dari ragi yang ia sebut sebagai zymase. Penelitian yang dilakukan ilmuan Carlsberg (sebuah perusahaan bir) di Denmark semakin meningkatkan pengetahuan tentang ragi dan brewing (cara pembuatan bir). Ilmuan Carlsberg tersebut dianggap sebagai pendorong dari berkembangnya biologi molekular.
Metabolisme karbohidrat
Karbohidrat siap dikatabolisir menjadi energi jika berbentuk monosakarida. Energi yang dihasilkan berupa Adenosin trifosfat (ATP).
Glukosa merupakan karbohidrat terpenting. Dalam bentuk glukosalah massa karbohidrat makanan diserap ke dalam aliran darah, atau ke dalam bentuk glukosalah karbohidrat dikonversi di dalam hati, serta dari glukosalah semua bentuk karbohidrat lain dalam tubuh dapat dibentuk. Glukosa merupakan bahan bakar metabolik utama bagi jaringan mamalia (kecuali hewan pemamah biak) dan bahan bakar universal bagi janin. Unsur ini diubah menjadi karbohidrat lain dengan fungsi sangat spesifik, misalnya glikogen untuk simpanan, ribose dalam bentuk asam nukleat, galaktosa dalam laktosa susu, dalam senyawa lipid kompleks tertentu dan dalam bentuk gabungan dengan protein, yaitu glikoprotein serta proteoglikan.

Sekilas tentang metabolisme 
Peristiwa yang dialami unsur-unsur makanan setelah dicerna dan diserap adalah METABOLISME INTERMEDIAT. Jadi metabolisme intermediat mencakup suatu bidang luas yang berupaya memahami bukan saja lintasan metabolik yang dialami oleh masing-masing molekul, tetapi juga interelasi dan mekanisme yang mengatur arus metabolit melewati lintasan tersebut.
Lintasan metabolisme dapat digolongkan menjadi 3 kategori:
1. Lintasan anabolik (penyatuan/pembentukan)
Ini merupakan lintasan yang digunakan pada sintesis senyawa pembentuk struktur dan mesin tubuh. Salah satu contoh dari kategori ini adalah sintesis protein.
2. Lintasan katabolik (pemecahan)
Lintasan ini meliputi berbagai proses oksidasi yang melepaskan energi bebas, biasanya dalam bentuk fosfat energi tinggi atau unsur ekuivalen pereduksi, seperti rantai respirasi dan fosforilasi oksidatif.
3. Lintasan amfibolik (persimpangan)
Lintasan ini memiliki lebih dari satu fungsi dan terdapat pada persimpangan metabolisme sehingga bekerja sebagai penghubung antara lintasan anabolik dan lintasan katabolik. Contoh dari lintasan ini adalah siklus asam sitrat.

Sifat diet atau makanan menentukan pola dasar metabolisme di dalam tubuh. Mamalia, termasuk manusia harus memproses hasil penyerapan produk-produk pencernaan karbohidrat, lipid dan protein dari makanan. Secara berurutan, produk-produk ini terutama adalah glukosa, asam lemak serta gliserol dan asam amino. Semua produk hasil pencernaan diproses melalui lintasan metaboliknya masing-masing menjadi suatu produk umum yaitu Asetil KoA, yang kemudian akan dioksidasi secara sempurna melalui siklus asam sitrat.
Terdapat beberapa jalur metabolisme karbohidrat baik yang tergolong sebagai katabolisme maupun anabolisme, yaitu glikolisis, oksidasi piruvat, siklus asam sitrat, glikogenesis, glikogenolisis serta glukoneogenesis. 
Secara ringkas, jalur-jalur metabolisme karbohidrat dijelaskan sebagai berikut: 

1. Glukosa sebagai bahan bakar utama akan mengalami glikolisis (dipecah) menjadi 2 piruvat jika tersedia oksigen. Dalam tahap ini dihasilkan energi berupa ATP. 
2. Selanjutnya masing-masing piruvat dioksidasi menjadi asetil KoA. Dalam tahap ini dihasilkan energi berupa ATP.
3. Asetil KoA akan masuk ke jalur persimpangan yaitu siklus asam sitrat. Dalam tahap ini dihasilkan energi berupa ATP.
4. Jika sumber glukosa berlebihan, melebihi kebutuhan energi kita maka glukosa tidak dipecah, melainkan akan dirangkai menjadi polimer glukosa (disebut glikogen). Glikogen ini disimpan di hati dan otot sebagai cadangan energi jangka pendek. Jika kapasitas penyimpanan glikogen sudah penuh, maka karbohidrat harus dikonversi menjadi jaringan lipid sebagai cadangan energi jangka panjang.
5. Jika terjadi kekurangan glukosa dari diet sebagai sumber energi, maka glikogen dipecah menjadi glukosa. Selanjutnya glukosa mengalami glikolisis, diikuti dengan oksidasi piruvat sampai dengan siklus asam sitrat.
6. Jika glukosa dari diet tak tersedia dan cadangan glikogenpun juga habis, maka sumber energi non karbohidrat yaitu lipid dan protein harus digunakan. Jalur ini dinamakan glukoneogenesis (pembentukan glukosa baru) karena dianggap lipid dan protein harus diubah menjadi glukosa baru yang selanjutnya mengalami katabolisme untuk memperoleh energi.

Glikolisis
Glikolisis berlangsung di dalam sitosol semua sel. Lintasan katabolisme ini adalah proses pemecahan glukosa menjadi:
1. asam piruvat, pada suasana aerob (tersedia oksigen)
2. asam laktat, pada suasana anaerob (tidak tersedia oksigen)
Glikolisis merupakan jalur utama metabolisme glukosa agar terbentuk asam piruvat, dan selanjutnya asetil-KoA untuk dioksidasi dalam siklus asam sitrat (Siklus Kreb’s). Selain itu glikolisis juga menjadi lintasan utama metabolisme fruktosa dan galaktosa. 
Secara rinci, tahap-tahap dalam lintasan glikolisis adalah sebagai berikut (pada setiap tahap, lihat dan hubungkan dengan Gambar Lintasan detail metabolisme karbohidrat):
1. Glukosa masuk lintasan glikolisis melalui fosforilasi menjadi glukosa-6 fosfat dengan dikatalisir oleh enzim heksokinase atau glukokinase pada sel parenkim hati dan sel Pulau Langerhans pancreas. Proses ini memerlukan ATP sebagai donor fosfat. ATP bereaksi sebagai kompleks Mg-ATP. Terminal fosfat berenergi tinggi pada ATP digunakan, sehingga hasilnya adalah ADP. (-1P)
Reaksi ini disertai kehilangan energi bebas dalam jumlah besar berupa kalor, sehingga dalam kondisi fisiologis dianggap irrevesibel. Heksokinase dihambat secara alosterik oleh produk reaksi glukosa 6-fosfat.
2. Glukosa 6-fosfat diubah menjadi Fruktosa 6-fosfat dengan bantuan enzim fosfoheksosa isomerase dalam suatu reaksi isomerasi aldosa-ketosa. Enzim ini -glukosa 6-fosfat.hanya bekerja pada anomer. 
3. Fruktosa 6-fosfat diubah menjadi Fruktosa 1,6-bifosfat dengan bantuan enzim fosfofruktokinase. Fosfofruktokinase merupakan enzim yang bersifat alosterik sekaligus bisa diinduksi, sehingga berperan penting dalam laju glikolisis. Dalam kondisi fisiologis tahap ini bisa dianggap irreversible. Reaksi ini memerlukan ATP sebagai donor fosfat, sehingga hasilnya adalah ADP.(-1P)
4. Fruktosa 1,6-bifosfat dipecah menjadi 2 senyawa triosa fosfat yaitu gliserahdehid 3-fosfat dan dihidroksi aseton fosfat. Reaksi ini dikatalisir oleh enzim aldolase (fruktosa 1,6-bifosfat aldolase). 
5. Gliseraldehid 3-fosfat dapat berubah menjadi dihidroksi aseton fosfat dan sebaliknya (reaksi interkonversi). Reaksi bolak-balik ini mendapatkan katalisator enzim fosfotriosa isomerase.
6. Glikolisis berlangsung melalui oksidasi Gliseraldehid 3-fosfat menjadi 1,3-bifosfogliserat, dan karena aktivitas enzim fosfotriosa isomerase, senyawa dihidroksi aseton fosfat juga dioksidasi menjadi 1,3-bifosfogliserat melewati gliseraldehid 3-fosfat.
Enzim yang bertanggung jawab terhadap oksidasi di atas adalah gliseraldehid 3-fosfat dehidrogenase, suatu enzim yang bergantung kepada NAD. 
Atom-atom hydrogen yang dikeluarkan dari proses oksidasi ini dipindahkan kepada NAD+ yang terikat pada enzim. Pada rantai respirasi mitokondria akan dihasilkan tiga fosfat berenergi tinggi. (+3P)
Catatan:
Karena fruktosa 1,6-bifosfat yang memiliki 6 atom C dipecah menjadi Gliseraldehid 3-fosfat dan dihidroksi aseton fosfat yang masing-masing memiliki 3 atom C, dengan demikian terbentuk 2 molekul gula yang masing-masing beratom C tiga (triosa). Jika molekul dihidroksiaseton fosfat juga berubah menjadi 1,3-bifosfogliserat, maka dari 1 molekul glukosa pada bagian awal, sampai dengan tahap ini akan menghasilkan 2 x 3P = 6P. (+6P)
7. Energi yang dihasilkan dalam proses oksidasi disimpan melalui pembentukan ikatan sulfur berenergi tinggi, setelah fosforolisis, sebuah gugus fosfat berenergi tinggi dalam posisi 1 senyawa 1,3 bifosfogliserat. Fosfat berenergi tinggi ini ditangkap menjadi ATP dalam reaksi lebih lanjut dengan ADP, yang dikatalisir oleh enzim fosfogliserat kinase. Senyawa sisa yang dihasilkan adalah 3-fosfogliserat. 
Catatan:
Karena ada dua molekul 1,3-bifosfogliserat, maka energi yang dihasilkan adalah 2 x 1P = 2P. (+2P)

8. 3-fosfogliserat diubah menjadi 2-fosfogliserat dengan dikatalisir oleh enzim fosfogliserat mutase. Senyawa 2,3-bifosfogliserat (difosfogliserat, DPG) merupakan intermediate dalam reaksi ini.

9. 2-fosfogliserat diubah menjadi fosfoenol piruvat (PEP) dengan bantuan enzim enolase. Reaksi ini melibatkan dehidrasi serta pendistribusian kembali energi di dalam molekul, menaikkan valensi fosfat dari posisi 2 ke status berenergi tinggi. 
Enolase dihambat oleh fluoride, suatu unsure yang dapat digunakan jika glikolisis di dalam darah perlu dicegah sebelum kadar glukosa darah diperiksa. Enzim ini bergantung pada keberadaan Mg2+ atau Mn2+.
10. Fosfat berenergi tinggi PEP dipindahkan pada ADP oleh enzim piruvat kinase sehingga menghasilkan ATP. Enol piruvat yang terbentuk dalam reaksi ini mengalami konversi spontan menjadi keto piruvat. Reaksi ini disertai kehilangan energi bebas dalam jumlah besar sebagai panas dan secara fisiologis adalah irreversible.
Catatan:
Karena ada 2 molekul PEP maka terbentuk 2 molekul enol piruvat sehingga total hasil energi pada tahap ini adalah 2 x 1P = 2P. (+2P)
11. Jika keadaan bersifat anaerob (tak tersedia oksigen), reoksidasi NADH melalui pemindahan sejumlah unsure ekuivalen pereduksi akan dicegah. Piruvat akan direduksi oleh NADH menjadi laktat. Reaksi ini dikatalisir oleh enzim laktat dehidrogenase.
Dalam keadaan aerob, piruvat diambil oleh mitokondria, dan setelah konversi menjadi asetil-KoA, akan dioksidasi menjadi CO2 melalui siklus asam sitrat (Siklus Kreb’s). Ekuivalen pereduksi dari reaksi NADH + H+ yang terbentuk dalam glikolisis akan diambil oleh mitokondria untuk oksidasi melalui salah satu dari reaksi ulang alik (shuttle).
Kesimpulan:
Pada glikolisis aerob, energi yang dihasilkan terinci sebagai berikut:
hasil tingkat substrat :+ 4P
hasil oksidasi respirasi :+ 6P
jumlah :+10P
dikurangi untuk aktifasi glukosa dan fruktosa 6P :- 2P
+ 8P
Pada glikolisis anaerob, energi yang dihasilkan terinci sebagai berikut:
hasil tingkat substrat :+ 4P
hasil oksidasi respirasi :+ 0P
jumlah :+ 4P
dikurangi untuk aktifasi glukosa dan fruktosa 6P :- 2P
+ 2P

Oksidasi piruvat
Dalam jalur ini, piruvat dioksidasi (dekarboksilasi oksidatif) menjadi Asetil-KoA, yang terjadi di dalam mitokondria sel. Reaksi ini dikatalisir oleh berbagai enzim yang berbeda yang bekerja secara berurutan di dalam suatu kompleks multienzim yang berkaitan dengan membran interna mitokondria. Secara kolektif, enzim tersebut diberi nama kompleks piruvat dehidrogenase dan analog dengan kompleks alfa-keto glutarat dehidrogenase pada siklus asam sitrat.
Jalur ini merupakan penghubung antara glikolisis dengan siklus Kreb’s. Jalur ini juga merupakan konversi glukosa menjadi asam lemak dan lemak dan sebaliknya dari senyawa non karbohidrat menjadi karbohidrat.
Rangkaian reaksi kimia yang terjadi dalam lintasan oksidasi piruvat adalah sebagai berikut:
Dengan adanya TDP (thiamine diphosphate), piruvat didekarboksilasi menjadi derivate hidroksietil tiamin difosfat terikat enzim oleh komponen kompleks enzim piruvat dehidrogenase. Produk sisa yang dihasilkan adalah CO2.
Hidroksietil tiamin difosfat akan bertemu dengan lipoamid teroksidasi, suatu kelompok prostetik dihidroksilipoil transasetilase untuk membentuk asetil lipoamid, selanjutnya TDP lepas.
Selanjutnya dengan adanya KoA-SH, asetil lipoamid akan diubah menjadi asetil KoA, dengan hasil sampingan berupa lipoamid tereduksi.
Siklus ini selesai jika lipoamid tereduksi direoksidasi oleh flavoprotein, yang mengandung FAD, pada kehadiran dihidrolipoil dehidrogenase. Akhirnya flavoprotein tereduksi ini dioksidasi oleh NAD+, yang akhirnya memindahkan ekuivalen pereduksi kepada rantai respirasi.


Siklus asam sitrat
Siklus ini juga sering disebut sebagai siklus Kreb’s dan siklus asam trikarboksilat dan berlangsung di dalam mitokondria. Siklus asam sitrat merupakan jalur bersama oksidasi karbohidrat, lipid dan protein.
Siklus asam sitrat merupakan rangkaian reaksi yang menyebabkan katabolisme asetil KoA, dengan membebaskan sejumlah ekuivalen hidrogen yang pada oksidasi menyebabkan pelepasan dan penangkapan sebagaian besar energi yang tersedia dari bahan baker jaringan, dalam bentuk ATP. Residu asetil ini berada dalam bentuk asetil-KoA, suatu ester koenzim A. Ko-A mengandung vitamin asam pantotenat.
Fungsi utama siklus asam sitrat adalah sebagai lintasan akhir bersama untuk oksidasi karbohidrat, lipid dan protein. Hal ini terjadi karena glukosa, asam lemak dan banyak asam amino dimetabolisir menjadi asetil KoA atau intermediat yang ada dalam siklus tersebut.
Selama proses oksidasi asetil KoA di dalam siklus, akan terbentuk ekuivalen pereduksi dalam bentuk hidrogen atau elektron sebagai hasil kegiatan enzim dehidrogenase spesifik. Unsur ekuivalen pereduksi ini kemudian memasuki rantai respirasi tempat sejumlah besar ATP dihasilkan dalam proses fosforilasi oksidatif. Pada keadaan tanpa oksigen (anoksia) atau kekurangan oksigen (hipoksia) terjadi hambatan total pada siklus tersebut.
Enzim-enzim siklus asam sitrat terletak di dalam matriks mitokondria, baik dalam bentuk bebas ataupun melekat pada permukaan dalam membran interna mitokondria sehingga memfasilitasi pemindahan unsur ekuivalen pereduksi ke enzim terdekat pada rantai respirasi, yang bertempat di dalam membran interna mitokondria. 
Reaksi-reaksi pada siklus asam sitrat diuraikan sebagai berikut:
Kondensasi awal asetil KoA dengan oksaloasetat membentuk sitrat, dikatalisir oleh enzim sitrat sintase menyebabkan sintesis ikatan karbon ke karbon di antara atom karbon metil pada asetil KoA dengan atom karbon karbonil pada oksaloasetat. Reaksi kondensasi, yang membentuk sitril KoA, diikuti oleh hidrolisis ikatan tioester KoA yang disertai dengan hilangnya energi bebas dalam bentuk panas dalam jumlah besar, memastikan reaksi tersebut selesai dengan sempurna.

Energi Dalam Pernafasan 
Energi yang digunakan dalam kegiatan respirasi bersumber dari ATP (Adenosin Tri Fosfat) yang ada pada masing-masing sel. ATP berasal dari bahan-bahan karbohidrat yang diubah menjadi fosfat melalui tiga tahapan. Mula-mula proses glikolisis oleh enzim glukokinase membentuk piruvat pada siklus Glukosa (Tahap I) kemudian tahap II, yakni siklus krebs (TCA = Tri Caboxylic Acid Cycle) kemudian tahap III, yakni tahap transfer elektron. Glikolisis terjadi di sitoplasma, siklus krebs terjadi di mitokondria.


SIKLUS ASAM SITRAT
KATABOLISME ASETIL – KoA

SIKLUS ASAM SITRAT
NAMA LAIN :
• SIKLUS KREBS (PENEMU HANS KREBS)
• SIKLUS ASAM TRIKARBOKSILAT (TCA CYCLE).
FUNGSI UTAMA : LINTASAN AKHIR BERSAMA UNTUK OKSIDASI KARBOHIDRAT,LIPID & PROTEIN.

• DAPAT UNTUK MENYIMPAN (KONSERVASI) ENERGI DARI PROSES OKSIDASI DALAM BENTUK NADH & FADH YG TEREDUKSI.

• ASETIL-KoA MERUPAKA BAHAN BAKAR BAGI SIKLUS ASAM SITRAT,DIMANA FRAGMEN ASETIL DIOKSIDASI LEBIH LANJUT MENJADI CO2 DISERTAI PELEPASAN EKUIVALEN PEREDUKSI YG AKAN DITANGKAP OLEH NAD+ & FAD+ KEMUDIAN DIBAWA MASUK KE DALAM RANTAI RESPIRASI DIMANA SEJUMLAH BESAR ATP DIPRODUKSI LEWAT PROSES FOSFORILASI OKSIDATIF.

• PROSES INI BERSIFAT AEROBIK YANG MEMERLUKAN O2 SEBAGAI PENGOKSIDASI AKHIR UNSUR EKUIVALEN PEREDUKSI.
• KEADAAN ANOKSIA ATAU HIPOKSIA MENIMBULKAN HAMBATAN TOTAL/PARSIAL PADA SIKLUS KREB.
• ENZIM SIKLUS ASAM SITRAT TERDAPAT DALAM MATRIKS MITOKONDRIA, BAIK DALAM BENTUK BEBAS MAUPUN TERIKAT PADA MEMBRAN INTERNAL MITOKONDRIA SEBELAH DALAM.
• PADA BAGIAN AWAL,ASETIL-KoA DIGABUNG DENGAN ZAT ANTARA 4-KARBON (OKSALOASETAT) UTK MEMBENTUK SITRAT(6-KARBON). KEMUDIAN DIIKUTI OLEH 2 REAKSI DEKARBOKSILASI OKSIDATIF YG MEMINDAHKAN ELEKTRON KE NAD+ & MELEPASKAN 2 MOLEKUL CO2.

REAKSI OKSIDASI REDUKSI DIKATALISA OLEH 4 ENZIM DEHIDROGENASE : 
ISOSITRAT DEHIDROGENASE, ALFA- KETOGLUTARAT DEHIDROGENASE, 
SUKSINAT DEHIDROGENASE, MALAT DEHIDROGENASE SEHINGGA MENGHASILKAN 3 NADH & 1 FADH2.
• 1 GTP DIHASILKAN DARI FOSFORILASI TINGKAT SUBSTRAT YG DIKATALISA OLEH SUKSINAT TIOKINASE.
• NADH & FADH2 DIOKSIDASI KEMBALI DALAM RANTAI RESPIRASI, DIMANA NADH AKAN MEMBENTUK 3 ATP, & FADH2 AKAN MEMBENTUK 2 ATP.

TOTAL ATP SIKLUS KREB

• ISOSITRAT DEHIDROGENASE = 3 ATP
• ALFA-KETOGLUTARAT DEHIDROGENASE = 3 ATP
• MALAT DEHIDROGENASE = 3 ATP
• SUKSINAT DEHIDROGENASE = 2 ATP
• SUKSINAT TIOKINASE = 1 ATP
• TOTAL ATP YG DIHASILKAN = 12 ATP

KOMPLEKS ALFA-KETOGLUTARAT DEHIDROGENASE

• MENGKATALISA DEKARBOKSILASI OKSIDATIF ALFA-KETOGLUTARAT MENJADI SUKSINIL-KoA.
• MEMERLUKAN 5 KOENZIM : TIAMIN PIROFOSFAT, ASAM LIPOAT, KOENZIM A, FAD, NAD.

KOMPLEKS ALFA-KETOGLUTARAT DEHIDROGENASE

TERDIRI DARI 3 ENZIM YG BERBEDA :  
ALFA-KETOGLUTARAT DEHIDROGENASE (ALFA-KETOGLUTARAT DEKARBOKSILASE), TRANSSUKSINILASE, LIPOAMIDA DEHIDROGENASE.

PERANAN VITAMIN PADA SIKLUS KREB
• RIBOFLAVIN DALAM BENTUK FLAVIN ADENIN NUKLEOTIDA (FAD) KOFAKTOR UNTUK ALFAKETOGLUTARAT DEHIDROGENASE & SUKSINAT DEHIDROGENASE.
• NIASIN DALAM BENTUK NIKOTINAMIDA ADENIN DINUKLEOTIDA (NAD) KOFAKTOR UNTUK ISOSITRAT DEHIDROGENASE , ALFAKETOGLUTARAT DEHIDROGENASE ,MALAT DEHIDROGENASE.
• TIAMIN (B1) DALAM BENTUK TIAMIN PIROFOSFAT KOFAKTOR UNTUK ALFA-KETOGLUTARAT DEHIDROGENASE.
• ASAM PANTOTENAT MERUPAKAN BAGIAN DARI KOENZIM A YAITU KOFAKTOR YG MELEKAT PADA RESIDU ASAM KARBOKSILAT “AKTIF” SEPERTI ASETIL-KoA, SUKSINIL KoA.

SIKLUS KREBS GLUKONEOGENESIS, TRANSAMINASI, DEAMINASI
• SEMUA ANGGOTA SIKLUS KREBS BERSIFAT GLUKOGENIK KARENA DAPAT MEMBENTUK GLUKOSA DIDALAM HEPAR ATAU GINJAL.
• ENZIM YG BERPERAN PENTING MENGHUBUNGKAN SIKLUS KREB & PROSES GLUKONEOGENESIS ADALAH FOSFOENOLPIRUVAT KARBOKSIKINASE YG MENGKATALISA DEKARBOKSILASI OKSALOASETAT MENJADI FOSFOENOL PIRUVAT,DIMANA GTP SEBAGAI SUMBER FOSFAT BERENERGI TINGGI.
• OKSALOASETAT DIBENTUK MELALUI KARBOKSILASI PIRUVAT YG DIIKATALISA OLEH PIRUVAT KARBOKSILASE. REAKSI INI PENTING UTK MEMPERTAHANKAN KONSENTRASI OKSALOASETAT UTK REAKSI KONDENSASI DENGAN ASETIL-KoA. BILA TERJADI AKUMULASI ASETIL-KoA MAKA UNSUR INI BERTINDAK SEBAGAI AKTIVATOR ALLOSTERIK ENZIM PIRUVAT KARBOKSILASE
• LAKTAT MERUPAKAN SUBSTRAT YG PENTING UTK GLUKONEOGENESIS.
• ENZIM TRANSAMINASE MENGKATALISA PEMBENTUKAN PIRUVAT DARI ALANIN,OKSALOASETAT DARI ASPARTAT & ALFA-KETOGLUTARAT DARI GLUTAMAT. 
• SIKLUS ASAM SITRAT JUGA BERFUNGSI SEBAGAI SUMBER KERANGKA KARBON BAGI SINTESA ASAM AMINO NON ESSENSIAL.
• ASAM AMINO LAINNYA SETELAH MENGALAMI DEAMINASI / TRANSAMINASI SEBAGIAN/SELURUH RANGKA KARBONNYA MASUK KEDALAM SIKLUS KREB UTK MEMBANTU GLUKONEOGENESIS.

PROPIONAT MERUPAKAN HASIL FERMENTASI ISI USUS HEWAN PEMAMAH BIAK YG BERSIFAT GLUKOGENIK YG DAPAT DIUBAH MENJADI SUKSINIL KoA LEWAT METILMALONIL KoA 

SIKLUS KREBS LIPOGENESIS
• UNSUR UTAMA LIPOGENESIS ADALAH ASETIL KoA YG DIBENTUK INTRA MITOKONDRIA DARI PIRUVAT YG DIKATALISA OLEH ENZIM PIRUVAT DEHIDROGENASE.
• PROSES LIPOGENESIS SENDIRI TERJADI DIDALAM SITOSOL, MAKA ASETIL-KoA HARUS DIBAWA KELUAR DARI DALAM MITOKONDRIA.
• ASETIL-KoA DIBIARKAN MEMBENTUK SITRAT DALAM SIKLUS KREB,KEMUDIAN SITRAT DIANGKUT KELUAR DARI MITOKONDRIA DENGAN BANTUAN TRIKARBOKSILAT CARRIER.

DIDALAM SITOSOL SITRAT DIUBAH KEMBALI MENJADI ASETIL-KoA & OKSALOASETAT DENGAN DIKATALISA OLEH ENZIM ATP-SITRAT LIASE
REGULASI SIKLUS KREB .

• SIKLUS ASAM SITRAT DIPENGARUHI OLEH RANTAI RESPIRASI & PROSES FOSFORILASI OKSIDATIF.
• PENGARUH RANTAI RESPIRASI BERUPA PENYEDIAAN KEMBALI NAD+ & FAD+ (RASIO NAD+/NADH , RASIO FAD+/FADH2).
• PENGARUH PROSES FOSFORILASI BERUPA PERSEDIAAN ADP & KECEPATAN PEMAKAIAN ATP (RASIO ADP / ATP).

REGULASI ENZIM SIKLUS KREB
• ATP & ASIL-KoA MERUPAKAN INHIBITOR ALLOSTERIK BAGI ENZIM
SITRAT SINTASE.
• ADP & NAD+ MERUPAKAN AKTIVATOR ENZIM ISOSITRAT DEHIDROGENASE.
• KOMPLEKS ALFA-KETOGLUTARAT DEHIDROGENASE DIATUR SECARA MODIFIKASI KOVALEN REGULASI ENZIM SIKLUS KREB
• PROSES FOSFORILASI OLEH ENZIM KINASE MENIMBULKAN BENTUKINAKTIF. HAL INI TERJADI APABILA RASIO ATP/ADP,SUKSINIL-KoA/KoA, NADH/NAD+ MENINGKAT.
• PROSES DEFOSFORILASI OLEH ENZIM FOSFATASE MENIMBULKAN BENTUK AKTIF. HAL INI TERJADI APABILA KADAR ALFA-KETOGLUTARAT MENINGKAT

INHIBITOR SIKLUS KREB
• FLUORO ASETAT
o DIPAKAI SEBAGAI RACUN TIKUS (RODENTISIDA).
o DIAKTIVASI MENJADI FLUOROASETIL-KoA YG KEMUDIAN BERKONDENSASI DENGAN OKSALOASETAT MEMBENTUK FLUOROSITRAT.
o FLUOROSITRAT MERUPAKAN INHIBITOR BAGI ENZIM AKONITASE.

• ARSENIT
MUDAH BEREAKSI DENGAN GUGUSAN THIOL,TERUTAMA GUGUSAN DITHIOL DARI ASAM LIPOAT SEHINGGA ASAM LIPOAT TIDAK DAPAT BERFUNGSI SEBAGAI KOFAKTOR BAGI KOMPLEKS ALFA-KETOGLUTARAT
DEHIDROGENASE.
• MALONAT
MERUPAKAN INHIBITOR KOMPETITIF PADA REAKSI YANG DIKATALISA OLEH ENZIM SUKSINAT DEHIROGENASE.

REAKSI ANAPLEROTIK
• UNTUK MEMENUHI KEBUTUHAN OKSALOASETAT APABILA TERJADI PENINGKATAN KONSENTRASI ASETILKoA.
• ADA 2 MEKANISME:
o DIKATALISA OLEH ENZIM PIRUVAT KARBOKSILASE (LANGSUNG).
o DIKATALISA OLEH ENZIM MALAT BERUPA PERUBAHAN PIRUVAT MENJADI MALAT (TIDAK LANGSUNG).