Glikolisis.docx

MAKALAH BIOKIMIA “JALUR-JALUR METABOLISME”

DISUSUN OLEH :

RIRIN DJ MUSA 12105 13201 14 111

RUANG : FIKES III (TIGA) SEMESTER : III (TIGA)

FAKULTAS ILMU KESEHATAN JURUSAN KESEHATAN MASYARAKAT UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALUKU UTARA TAHUN AKADEMIK 2015-2016

A. GLIKOLISIS Proses penguraian karbohidrat menjadi piruvat. Juga disebut jalur metabolisme Emden-Meyergoff dan sering diartikan pula sebagai penguraian glukosa menjadi piruvat. Proses ini terjadi dalam sitoplasma. Glikolisis anaerob: proses penguraian karbohidrat menjadi laktat melalui piruvat tanpa melibatkan oksigen. Proses penguraian glukosa menjadi CO2 dan air seperti juga semua proses oksidasi. Energi yang dihasilkan dari proses penguraian glukosa ini adalah 690 kilokalori (kkal). Jumlah energi ini sebenarnya jauh lebih besar daripada jumlah energi yang dapat disimpan secara sangkil dalam bentuk energi kimia ATP yang dihasilkan dalam proses penguraian tersebut. Dengan adanya oksigen (dalam suasana aerob), glikolisis menghasilkan piruvat, atau tanpa oksigen (glikolisis anaerob) menghasilkan laktat. Glikolisis menghasilkan dua senyawa karbohidrat beratom tiga dari satu senyawa beratom enam; pada proses ini terjadi sintesis ATP dari ADP + Pi. Seperti

halnya

reaksi

dengan

glukokinase

(reaksi

tahap

pertama)

dan

fosfofruktokinase (reaksi tahap ketiga), reaksi dengan piruvat kinase ini juga merupakan reaksi yang tidak reversibel, sehingga merupakan salah satu tahap reaksi pendorong glikolisis. Reaksi kebalikannya yang merupakan reaksi tahap pertama glukoneogenesis merupakan suatu reaksi yang kompleksyang melibatkan beberapa enzim dan organel sel yaitu mitokondrion, yang diperlukan untuk terlebih dahulu mengubah piruvat menjadi malat sebelum terbentuknya fosfoenol piruvat. Pada jalan metabolisme ini, piruvat diangkut kedalam mitokondria dengan cara pengangkutan aktif melalui membran mitokondrion. Selanjutnya piruvat bereaksi dengan CO2 menghasilkan asam oksalasetat.

Reaksi ini dikatalis oleh piruvat karboksilase (enzim yang terdapat pada mitokondria tetapi tidak terdapat pada sitoplasma), dan memerlukan koenzim biotin dan kofaktor ion maggan, serta ATP sebagai sumber energi. Dalam mekanisme reaksinya, biotin (sebagai gugus biotinil) yang terikat pada gugus lisina dari piruvat karboksilase, menarik CO2 atau HCO3 dalam mitokondrion kemudian mengkondensasikan dengan asam piruvat ( dengan bantuan ATP dan Mn -2) menghasilkan asam oksalasetat. Asam oksalasetat kemudian direduksi menjadi asam malat oleh NADH dan dikatalis malat dehidrogenase. Asam malat diangkut keluar mitokondria dengan cara pengangkutan aktif melalui membran mitokondrion yang kemudian dioksidasi kembali menjadi asam oksalasetat oleh NAD + dan malat dehidrogenase yang terdapat dalam sitoplasma. Akhirnya oksalasetat dikarboksilasi dengan CO2 dan difosforilasi dengan gugus fosfat dari GTP (guanosin trifosfat, sebagai sumber energi yang khas disamping ATP) dan dikatalis oleh fosfoenolpiruvat karboksikinase menghasilkan fosfoenolpiruvat. Dengan demikian untuk mengubah satu molekul piruvat menjadi fosfoenolpiruvat diperlukan energi sebanyak satu ATP plus satu GTP dan melibatkan paling sedikit empat macam enzim. Dibandingkan dengan reaksi kebalikannya, yaitu perubahan sat molekul fosfoenol piruvat menjadi piruvat, dihasilkan satu ATP dan melibatkan satu macam enzim saja. Dilihat dari keseluruhan, glikolisis terbagi menjadi dua bagian. Bagian pertama meliputi tahap reaksi enzim yang memerlukan ATP, yaitu tahap reaksi dari glukosa sampai dengan pembentukan fruktosa 6-fosfat., yang menggunaka dua molekul ATP tiap satu molekul glukosa yang dioksidasi. Bagian kedua meliputi tahap reaksi yang menghasilkan energi (ATP dan NADH) yaitu dari gliseraldehide 3-fosfat sampai dengan piruvat. Dari bagian kedua ini dihasilkan dua molekul NADH dan empat molekul ATP untuk tiap molekul glukosa yang dioksidasi (atau untuk dua molekul gliseraldehid 3-

fosfat yang dioksidasi). Karena satu molekul NADH yang masuk rantai pengangkutan elektron dapat menghasilkan tiga molekul ATP, maka tahap reaksi bagian kedua ini menghasilkan 10 molekul ATP. Dengan demikian, keseluruhan proses glikolisis menghasilkan 10-2 = 8 molekul ATP untuk tiap molekul glukosa yang dioksidasi. Sebaliknya, untuk mensintesis satu molekul glukosa dari dua molekul piruvat dalam proses glukoneogenesis diperlukan energi dari 4 molekul ATP, 2 GTP (sebanding dengan 2 ATP) dan 2 NADH (= 6 ATP) atau sebanding dengan 12 molekul ATP. B. GLIKOGENOLISIS

Kata "Glikogenolisis" di jabarkan menjadi Glikogen yaitu glikogen dan lisis yaitu pemecahan atau penguraian. Sehingga Glikogenolisis merupakan proses pengubahan dari polisakarida yaitu glikogen menjadi monosakarida yaitu glukosa.

Proses glikogenolisis ini terjadi dalam tubuh karena kadar glukosa dalam tubuh sudah mulai kekurangan akan kandungan glukosa akibat berbagai aktivitas baik dalam maupun luar tubuh. Aktivitas dari luar tubuh seperti berlari, berjalan, bersepeda, berenang, dll. Sedangkan aktivitas dari dalam tubuh sendiri meliputi proses respirasi, pencernaan, sistem kerja syaraf, dll. Tujuan dari glikogenolisis ini terbagi menjadi dua yaitu: 1. Di otot

: proses ini digunakan untuk keperluan menghasilkan energy

2. Di hati

: proses ini dilakukan untuk mempertahankan kadar gula dalam darah pada saat jeda waktu makan.

Glikogenolisis terjadi jika asupan makanan tidak cukup memenuhi energi yang dibutuhkan tubuh sehinggah untuk mendapatkan energi tubuh mengambil alternatif lain yaitu dengan menggunakan simpanan glikogen yang terdapat dalam hati atau otot.

Glikogenolisis merupakan reaksi hidrolisis glikogen menjadi glukosa, perubahan glikogen menjadi sumber energi merupakan proses katabolisme cadangan sumber

energi. Proses glikogenolisis terkadang menyebabkan meningkatnya kadar gula dalam darah yang dapat menyebabkan penyakit diabetes.

Glikogenolisis adalah lintasan metabolisme yang digunakan oleh tubuh,selain glukoneogenosis untuk menjaga keseimbangan kadar glukosa di dalam plasma darah juga untuk menghindari simtoma hipoglisemia.

Pada glikogenolisis,glikogen digradasi berturut-turut dengan 3enzim,glikogen fosforilase, glukosidase, fosfoglukomutase,menjadi glukosa.

Glikogen dalam hati akan di glikogenolisis setelah 12-18 jam puasa. Glikogen dalam otot hanya akan mengalami glikogenolisis setelah seseorang melakukan olahraga yang berat dan lama. Proses glikogenolisis yang terjadi secara terus- menerus akan dapat menyebabkan kerusakan pada liver. Kerusakan pada fungsi liver akan menyebabkan penyakit yang sebagian besar tidak dapat diobati dan berakhir dengan kematian.

Penyakit liver merupakan penyakit yang sering timbul pada mereka yang pekerja keras tetapi tidak mempunyai sumber energi yang banyak. Kekurangan sumber energi terjadi karena para pekerja yang sering minum alcohol terkadang lupa makan tepat waktu sehingga kebutuhan tenaga untuk melakukan kerja sangat banyak tetapi asupan energi kurang dan tidak dapat memenuhi kebutuhan. Akhirnya untuk dapat memenuhi kebutuhan energi tersebut, tubuh terpaksa harus merubah glikogen menjadi glukosa sehingga terjadilah peristiwa glikogenolisis.

Suatu proses hidrolisa glikogen sel posporolitik di dalam saluran gastrointestinal (di sitosol). Proses ini dikontrol oleh hormon, enzym, kation dan nukleotida. Pada otot skeletal ada 2 macam posporilase glikogen yaitu posporilase glikogen a (yang aktif) dan b (yang non aktif). Posporilase glikogen b di otot dapat aktif bila konsentrasi AMP tinggi.

Calsium yang berikatan dengan calmodulin (disitosol) menyebabkan meningkatnya aktivitas perubahan posporilase b ke a dan kondisi ini juga menyebabkan kontruksi otot.

Jadi perombakan glikogen dan proses kontraksi otot sangat berhubungan dengan kondisi meningkatnya konsentrasi Ca.

Proses glikogenolisis di hati sama dengan di otot, yang berbeda adalah hormon yang terlibat yaitu glucagon. Di hati bila terjadi konsentrasi gula darah menurun, maka gen hati akan di degradasi akibatnya glucosa daglucagon di produksi tinggi di sel, maka glikorah normal kembali.

Pada

saat

seseorang

berpuasa

atau

sedang

melakukan

aktivitas

berat

(latihan,olahraga,bekerja) yang berlebihan akan menyebabkan turunnya kadar gula darah dalam darah menjadi 60 mg /100 ml darah keadaan ini kadar gula darah turun akan memacu hati untuk membebaskan glukosa dari pemecahan glikogen yang disebut proses glikogenolisis.

Glikogenolisis dirangsang oleh hormon glukagon dan aderenalin. Glukagon adalah suatu hormon yang dikeluarkan oleh pankreas yang berguna untuk meningkatkan kadar glukosa darah. Sedangkan hormon adrenalin adalah hormon yang merangsang glukagon untuk bekerja

Pemecahan glikogen menjadi Glukosa 1 p Beberapa enzim yang menkatalisis ( hormon glukagon -> C-AMP-enzim posporilase) yaitu: a. Glikogen fosforilase : Glikogen (α 1,4 glikosidik) -> Glukosa 1-P. b. Transferase : memindahkan 3 residu glukosa cabang lain lebih peka difosrilasi. c. Debranching enzyme ( α 1,6 gilokosilase) ikatan α 1.6 glikosidik.

Tahap pertama penguraian glikogen adalah pembentukan glukosa 1-fosfat. Berbeda dengan reaksi pembentukan glikogen, reaksi ini tidak melibatkan UDP-glukosa, dan enzimnya adalah glikogen fosforilase. Selanjutnya glukosa 1- fosfat diubah menjadi glukosa 6-fosfat oleh enzim yang sama seperti pada reaksi kebalikannya (glikogenesis) yaitu fosfoglukomutase.

Tahap reaksi berikutnya adalah pembentukan glukosa dari glukosa 6-fosfat. Berbeda dengan reaksi kebalikannya dengan glukokinase, dalam reaksi ini enzim lain, glukosa 6-fosfatase, melepaskan gugus fosfat sehigga terbentuk glukosa. Reaksi ini tidak menghasilkan ATP dari ADP dan fosfat.

Glukosa yang terbentuk inilah nantinya akan digunakan oleh sel untuk respirasi sehingga menghasilkan energy , yang energy itu terekam / tersimpan dalam bentuk ATP.

Istilah yang berhubungan dengan metabolisme penguraian glukosa dibagi menjadi dua: a. Fermentasi ( Respirasi Anaerob). b. Respirasi Aerob. Fermentasi atau peragian adalah proses penguraian senyawa kimia glukosa tanpa oksigen melalui proses glikolisis yang menghasilkan asam Piruvat,namun tidak berlanjut dengan siklus krebs dan transport elektron karena suasana reaksi tanpa oksigen. Asam Piruvat kemudian akan diproses tanpa oksigen menjadi Asam Piruvat ( Fermentasi Asam Piruvat ) atau Asam Piruvat menjadi Asetal dehide kemudian Alkohol dalam Fermentasi Alkohol menghasilkan gas CO2.

Respirasi aerob adalah proses reaksi kimia yang terjadi apabila sel menyerap O 2, menghasilkan CO2 dan H2O. Respirasi dalam arti yang lebih khusus adalah proses penguraian glukosa dengan menggunakan O2, menghasilkan CO2, H2O, dan energi (dalam bentuk energy kimia, ATP).

Penyakit yang ditmbulkan akibat glikogenolisis adalah Hipoglikemia (Kadar Gula Darah Rendah). Hipoglikemia adalah suatu keadaan dimana kadar gula darah hingga dibawah 60 mg/dl. Dalam keadaan normal, tubuh mempertahankan kadar gula darah antara 70-110 mg/dL. Sementara pada penderita diabetes (diabetes memiliki beberapa type, jadi silahkan merujuk kepada jenis diabetes yang ada), kadar gula darahnya

tersebut berada pada tingkat terlalu tinggi dan pada penderita hipoglikemia, kadar gula darahnya berada pada tingkat terlalu rendah.

Hal ini sangat membahayakan bagi tubuh, terutama otak dan sistem syaraf, yang membutuhkan glukosa dalam darah yang berasal dari makanan berkarbohidrat dalam kadar yang cukup. Kadar gula darah normal adalah 80-120 mg/dl pada kondisi puasa, atau 100-180 mg/dl pada kondisi setelah makan.

Kadar gula darah yang rendah menyebabkan berbagai sistem organ tubuh mengalami kelainan fungsi. Otak sebagai organ yang sangat peka terhadap kadar gula darah yang rendah, akan memberikan respon melalui sistem saraf, merangsang kelenjar adrenal untuk melepaskan epinefrin (adrenalin). Hal ini akan selanjutnya merangsang hati untuk melepaskan gula agar kadarnya dalam darah tetap terjaga. Dan parahnya jika kadar gula turun, maka akan terjadi gangguan fungsi otak.

Hipoglikemia dapat disebabkan oleh: 1. Pelepasan insulin yang berlebihan oleh pancreas. 2. Dosis insulin atau obat lainnya yang terlalu tinggi, yang diberikan kepada penderita diabetes untuk menurunkan kadar gula darahnya. 3. Kelainan pada kelenjar hipofisa atau kelenjar adrenal. 4. Kelainan pada penyimpanan karbohidrat atau pembentukan glukosa di hati.

C. GLIKOGENESIS

Tahap pertama metabolisme karbohidrat adalah pemecahan glukosa (glikolisis) menjadi piruvat. Selanjutnya piruvat dioksidasi menjadi asetil KoA. Akhirnya asetil KoA masuk ke dalam rangkaian siklus asam sitrat untuk dikatabolisir menjadi energi. Proses di atas terjadi jika kita membutuhkan energi untuk aktifitas, misalnya berpikir, mencerna makanan, bekerja dan sebagainya. Jika kita memiliki glukosa melampaui kebutuhan energi, maka kelebihan glukosa yang ada akan disimpan dalam bentuk glikogen. Proses anabolisme ini dinamakan glikogenesis.

Glikogen merupakan bentuk simpanan karbohidrat yang utama di dalam tubuh dan analog dengan amilum pada tumbuhan. Unsur ini terutama terdapat didalam hati (sampai 6%), otot jarang melampaui jumlah 1%. Akan tetapi karena massa otot jauh lebih besar daripada hati, maka besarnya simpanan glikogen di otot bisa mencapai tiga sampai empat kali lebih banyak. -D-Glukosa yang bercabang.Seperti amilum, glikogen merupakan polimer

Glikogen otot berfungsi sebagai sumber heksosa yang tersedia dengan mudah untuk proses glikolisis di dalam otot itu sendiri. Sedangkan glikogen hati sangat berhubungan

dengan

simpanan

dan

pengiriman

heksosa

keluar

untuk

mempertahankan kadar glukosa darah, khususnya pada saat di antara waktu makan. Setelah 12-18 jam puasa, hampir semua simpanan glikogen hati terkuras habis. Tetapi glikogen otot hanya terkuras secara bermakna setelah seseorang melakukan olahraga yang berat dan lama.

Rangkaian proses terjadinya glikogenesis digambarkan sebagai berikut: 1. Glukosa mengalami fosforilasi menjadi glukosa 6-fosfat (reaksi yang lazim terjadi juga pada lintasan glikolisis). Di otot reaksi ini dikatalisir oleh heksokinase sedangkan di hati oleh glukokinase. 2. Glukosa 6-fosfat diubah menjadi glukosa 1-fosfat dalam reaksi dengan bantuan katalisator enzim fosfoglukomutase. Enzim itu sendiri akan mengalami fosforilasi dan gugus fosfo akan mengambil bagian di dalam reaksi reversible yang intermediatnya adalah glukosa 1,6-bifosfat. Enz-P + Glukosa 1-fosfatEnz + Glukosa 1,6-bifosfat Enz-P + Glukosa 6-fosfat

3. Selanjutnya glukosa 1-fosfat bereaksi dengan uridin trifosfat (UTP) untuk membentuk uridin difosfat glukosa (UDPGlc). Reaksi ini dikatalisir oleh enzim UDPGlc pirofosforilase. UDPGlc + PPi

UTP + Glukosa 1-fosfat

Uridin difosfat glukosa (UDPGlc)

4. Hidrolisis pirofosfat inorganic berikutnya oleh enzim pirofosfatase inorganik akan menarik reaksi kea rah kanan persamaan reaksi. 5. Atom C1 pada glukosa yang diaktifkan oleh UDPGlc membentuk ikatan glikosidik dengan atom C4 pada residu glukosa terminal glikogen, sehingga membebaskan uridin difosfat. Reaksi ini dikatalisir oleh enzim glikogen sintase. Molekul glikogen yang sudah ada sebelumnya (disebut glikogen primer) harus ada untuk memulai reaksi ini. Glikogen primer selanjutnya dapat terbentuk pada primer protein yang dikenal sebagai glikogenin. UDP

+

(C6)n+1UDPGlc

Glikogen

+

(C6)n Glikogen

Residu glukosa yang lebih lanjut melekat pada posisi 1 rantai pendek yang diaktifkan oleh glikogen sintase. Pada otot rangka glikogenin tetap melekat pada pusat molekul glikogen, sedangkan di hati terdapat jumlah molekul glikogen yang melebihi jumlah molekul glikogenin. 6. Setelah rantai dari glikogen primer diperpanjang dengan penambahan glukosa tersebut hingga mencapai minimal 11 residu glukosa, maka enzim 4 (panjang minimal 6pembentuk cabang memindahkan bagian dari rantai 1 residu glukosa) pada rantai yang berdekatan untuk membentuk rangkaian 6 sehingga membuat titik cabang pada molekul tersebut. Cabang-cabang1 glukosil danini akan tumbuh dengan penambahan lebih lanjut 1 pembentukan cabang selanjutnya. Setelah jumlah residu terminal yang non reduktif bertambah, jumlah total tapak reaktif dalam molekul akan meningkat sehingga akan mempercepat glikogenesis maupun glikogenolisis.

Tahap-tahap perangkaian glukosa demi glukosa digambarkan pada bagan berikut.

Biosintesis glikogen (dipetik dari: Murray dkk. Biokimia Harper) Tampak bahwa setiap penambahan 1 glukosa pada glikogen dikatalisir oleh enzim glikogen sintase. Sekelompok glukosa dalam rangkaian linier dapat putus dari glikogen induknya dan berpindah tempat untuk membentuk cabang. Enzim yang berperan dalam tahap ini adalah enzim pembentuk cabang (branching enzyme).

D. OKSIDASI PIRUVAT MENJADI ASETIL-KOA Pada suasana aerob, piruvat dapat masuk ke dalam mitokondria dengan adanya suatu transporter. Piruvat mengalami dekarboksilasi oksidatif menjadi asetil-KoA oleh suatu enzim yang tersusun rapi dalam matrik mitokondria, yang disebut piruvat dehidrogenase komplek. Mula-mula piruvat mengalami dekarboksilasi oleh enzim piruvat dehidrogenase dengan tiamin pirofosfat sebagai koenzim yang mengahsilkan CO2 dan α-hidroksietiltiaminpirofosfat atau disebut juga active acetadehyde. Senyawa yang disebut belakangan ini dipindah pada protetik lipoamide dari enzim lipoil transasetilase. Dalam perpindahan ini disulfida dari liamida terdeuksi. Asetidehida teroksidasi menjadi asetil aktif yang terikat sebagai tioester. Gugusan asetil ini kemudian dipindahkan pada koenzim A, membentuk astil –S-CoA dan menghasilkan lipoamida dalam bentuk disulfhidril. Koenzim yang tereduksi dioksidasi kembali oleh suatu flavoprotein, dihidrolipoil dehidrogenase. Flavoprotein yang tereduksi kemudian dioksidasi oleh NAD+. Piruvat dehidrogenase diaktivasi oleh fruktosa bisfosfat dan dihambat oleh hasil reaksinya yaitu NADH dan asetil-CoA. Arsenit atau ion merkuri membentuk komplek dengan gugusan –SH dari asam lipoat dan menghambat piruvat dehidrogenase. Kekurangan tiamin akan menyebabkan piruvat tertimbun. Pada oksidasi piruvat ini akan dihasilkan asetil-KoA dan NADH. Untuk satu molekul glukosa akan dihasilkan dua NADH dan dua molekul asetil-KoA. NADH dapat memasuki rantai respirasi dan fosforilasi oksidatif, yang dapat menghasilkan 3 ATP per satu molekul NADH, sedangkan asetil-KoA dapat dioksidasi lebih lanjut melalui siklus asam sitrat. Dekarboksilasi oksidatif piruvat untuk membentuk asetil KoA, yang berlangsung dalam matriks mitokondria, merupakan penghubung antara glikolisis dengan daur Krebs. Piruvat + KoA + NAD+ ------> CO2 + asetll-KoA + NADH + H+

Reaksi tersebut dikatalisis oleh kompleks piruvat dehidrogenase (PDH). Kompleks enzim ini terdiri dari tiga macam enzim, yaitu: Piruvat dehidrogenase, Dehidrolipil transasetilase, dan Dihidrolipoil dehidrogenase. Tiamin pirofosfat (TPP), lipoamida dan FAD bertindak sebagai kofaktor katalitik, di samping KoA dan NAD+ yang merupakan kofaktor stoikiometri. Selama proses oksidasi, dihasilkan nikotinamida adenin dinukleotida tereduksi (NADH) dan flavin adenin dinukleotida tereduksi (FADH2). NADH dan FADH2 digunakan untuk menggerakkan proses fosforilasi oksidatif, dan mengkonversi menjadi ATP. Jalur oksidasi piruvat menjadi asetil KoA dapat dilihat dalam tahap berikut: 1. Sitrat Sintase (Enzim Kondensasi) Reaksi pertama daur Krebs adalah reaksi kondensasi, yaitu bergabungnya suatu unit emapt karbon, oksaloasetat, dengan suatu unit dua karbon, gugus asetil dari asetil KoA. Asetil KoA bereaksi dengan oksaloasetat dan air menghasilkan sitrat dan KoA. Reaksi ini dikatalisis oleh sitrat sintase.

2. Akonitase Sitrat mengalami isomerasi menjadi isositrat untuk memungkinkanunit enam atom karbon mengalami dekarboksilasi oksidatif. Isomerasi sitrat berlangsung melalui tahap dehidrasi diiukuti hidrasi. Hasilnya adalah pertukaran antara H dan OH. Enzim yang mengkatalisis kedua tahap ini disebut akonitase karena sisakonitat merupakan senyawa antara.

3. Isositrat Dehidrogenase Reaksi pada tahap ini merupakan reaksi pertama dari empat reaksi oksidasireduksi yang terjadi dalam Daur Krebs. Dekarboksilasi oksidatif isositrat dikatalisis isositrat dehidrogenase.

4. Kompleks a-Ketoglutarat Dehidrogenase Perubahan isositrat menjadi a-ketoglutarat diikuti oleh reaksi dekarboksilasi oksidatif kedua. a-ketoglutarat mengalami dekarboksilasi oksidatif menjadi suksinil-KoA oleh kompleks enzim a-Ketoglutarat Dehidrogenase.

5. Suksinil KoA Sintetase (Suksinil Thiokinase ) Pada reaksi konversi suksinil KoA menjadi suksinat oleh enzim suksinil terjadi pemutusan ikatan tioester suksinil KoA yang dirangkaikan dengan fosforilasi guanosin difosfat (GDP). Pada hidrolisis suksinil KoA ini dikeluarkan energi sebesar -8 kkal/mol yang sebanding dengan ?Go’hidrolsis ATP (-7,3 kkal/mol).

6. Suksinat Dehidrogenase (SDH) Suksinat dehidrogenase mengkatalisis oksidasi suksinat menjadi fumarat. Sebagai akseptor hidrogen digunakan FAD, buakn NAD+. Digunakannya FAD sebagai akseptor hidrogen dalam reaksi ini, karena perubahan energi bebas tidak mencukupi untuk mereduksi NAD+. FAD hampir selalu merupakan akseptor elektron dalam reaksi oksidasi yang memindahkan dua atom hidrogen dari suatu substrat. Suksinat dehidrogenase, seperti halnya akonitase, merupakan protein belerang-besi (juga disebut sebagai protein besi nonheme).

7. Fumarase (fumarate hidratase) Fumarat mengalami hidrasi stereo-spesifik ikatan rangkap C=C, dikatalisis oleh Fumarat Hidratase (juga dikenal Fumarase), menghasilkan L-Malat.

8. Malat Dehidrogenase (MDH) L-Malat dioksidasi untuk membentuk aksaloasetat, reaksi terakhir dalam Daur Krebs. Reaksi ini dikatalisis oleh oleh MDH, dan sebagai akseptor hidrogen adalah NAD+.

9. Stoikiometri dan Energetika Daur Krebs Katabolisme Glukosa melalui Glikolisis dan Daur Krebs:



Tiap molekul Glukosa menghasilkan 2 molekul Piruvat Glukosa + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi à 2Piruvat + 2NADH + 2H+ + 2H2O +2ATP



Kerja Pyruvat Dehidrogenase pada Piruvat: Piruvat + KoA-SH + NAD+ à CO2 + Asetil-KoA + NADH



Katabolisme Glukosa menjadi:

Glukosa + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi à 2Piruvat + 2NADH + 2H+ + 2H2O +2ATP 2Piruvat + 2KoA-SH + 2NAD+ à 2CO2 + 2Asetil-KoA + 2NADH Glukosa + 4NAD+ + 2ADP + 2KoA-SH + 2Pi à 2CO2 + 2Asetil-KoA + 4NADH + 2H+ + 2H2O +2ATP 

Pada Sel Hewan, GTP yang terbentuk dalam Daur Krebs akan dikonversi menjadi ATP.

Glukosa + 10NAD+ + 4ADP + 2H2O + 4Pi + 2FAD

à 6CO2 + 10NADH + 4ATP +

2FADH2 + 6H+ ATP yang Dihasilkan: 

Oksidasi yang berlangsung sangat eksergonik dan dengan demikian digunakan untuk membentuk ATP dari ADP



Oksidasi 1 mol NADH menghasilkan 3 mol ATP



Oksidasi 1 mol FADH2 menghasilkan 2 mol ATP



Total ATP yang dihasilkan = (10 x 3) + (2 x 2) + 4 = 38 mol ATP per mol Glukosa.

E. HEKSOSA, MONOFOSFAT, SHUNT Biasa HMP-Shunt disebut juga jalur pentosa fosfat / heksosa monofosfat. Jalur ini menghasilkan NADPH dan ribosa di luar mitokondria. NADPH diperlukan untuk

biosintesis; asam lemak,kolesterol, dan steroid lain. Ribosa untuk biosintesis asam nukleat. Kepentingan lain HMP-shunt berlangsung dalam jaringan; hepar, lemak, korteks adrenal, tiroid,eritrosit, kelenjar mammae sedang laktasi. NADPH juga penting dalam; detoksifikasi obat oleh monooksigenase, reduksiglutation. Lintasan pentosa fosfat merupakan jalur alternatif untuk metabolisme glukosa. Lintasan ini tidak menghasilkan ATP, tetapi mempunyai dua fungsi utama, yaitu : Produksi NADPH untuk sintesis reduktif seperti biosintesis asam lemak serta steroid. Kegunaan NADPH untuk sel adalah untuk : Mencegah stress oksidatif dengan mengubah H2O2 menjadi H2O dan jika tidak terdapat NADPH , H2O2 akan di ubah menjadi radikal bebas hidroksin yang akan menyerang sel. Pada sel darah merah , kegunaan pertama dari NADPH adalah untuk mereduksi bentuk disulfide dari glutathione menjadi bentuk sulfhydryl, reduksi glutathione ini adalah untuk mempertahankan struktur normal dari sel darah merah dan untuk menjaga bentuk hemoglobin dalam bentuk Fe2+. NADPH pada hati dan payudara digunakan untuk biosintesis asam lemak. Reaksi Pada Lintasan Pentosa Fosfat Terjadi Dalam Sitosol. Enzim pada lintasan pentosa fosfat sepeti pada glikolisis ditemukan di dalam sitosol. Seperti pada glikolisis, oksidasi dicapai lewat reaksi dehidrogenasi , tetapi dalam hal lintasan pentosa fosfat , sebagai akseptor hidrogen digunakan NADP+ dan bukan NAD+. Tidak ada ATP yang digunakan ataupun diproduksi pada jalur ini. HMP-shunt terdiri dari fase: 1. Oksidatif (irreversible); glukosa 6-fosfat ---> ribulosa 5-fosfat. 2. Non-oksidatif (reversible); ribulosa 5-fosfat ---> ribosa 5-fosfat

Terdapat 2 fase pada penthosa fosfat : Fase oksidatif yang menghasilkan NADPH Pada fase yang pertama , glukosa 6-phosphate menjalani proses dehidroginase dan dekarboksilase untuk memberikan sebuah senyawa pentosa, yaitu ribosa 5-phosphate. Fase nonoksidatif yang menghasilkan prekursor ribosom Pada fase yang kedua, ribulosa 5-fosfat dikonversi kembali menjadi glukosa 6-fosfat oleh serangkaian reaksi yang terutama melibatkan dua enzim yaitu : transketolase dan transaldolase. Fase Oksidatif Menghasilkan NADPH Reaksi dehidrogenasi glukosa 6-fosfat menjadi 6-fosfoglukonat terjadi lewat pembentukan 6-fosfoglukonolakton yang dikatalisis oleh enzim glukosa-6-fosfat dehidrogenase, suatu enzim yang bergantung NADP. Hidrolisis 6-fosfoglukonolakton dilaksanakan oleh enzim glukonolakton hidrolase. Tahap oksidasi yang kedua dikatalisis oleh enzim 6-fosfoglukonat dehidrogenase, yang juga memerlukan NADP+ sebagai akseptor hidrogen. Dekarboksilase kemudian terjadi dengan pembentukan senyawa ketopentosa , yaitu ribulosa 5-fosfat. Reaksi mungkin berlangsung dalam dua tahap melalui intermediate 3-keto-6-fosfoglukonat.

Reaktan

Produk

Glukosa

Enzim

6- 6-

phosphate

Glukosa

+ phosphoglukono-

Keterangan

6-phosphate Dehidrogenase,

dehydrogenase

δ-lakton + NADPH

NADP+

dimana

terjadi

pembuangan dan

H+

kemudian

direaksikan dengan

NADP+

membentuk NADPH

6-phosphoglukono

6-

6-

- δ-lactone + H2O

phosphoglukonat+

phosphoglukolactonase

Hidrolisis

H+

6-phosphoglukonat Ribulosa

5- 6-phosphoglukonat

Dekarboksilase

+ NADP+

+ dehidrogenase

oksidatif.

NADP+

sebagai

akseptor

phosphate NADPH + CO2

electron, membentuk molekul yang

NADPH

lain

serta

CO2 dan ribulosa 5-phosphate

Ribulosa phosphate

5

- Ribulosa phosphate

5- Phosphopentosa isomerase

isomerasi

Secara singkat, reaksi pada proses ini adalah : Glukosa 6-phosphat + 2 NADP+ +H2O → ribulosa 5-phosphate + 2NADPH + 2H + + CO2

Fase Nonoksidatif Menghasilkan Prekursor Ribulosa 5-fosfat kini berfungsi sebagai substrat bagi dua ennzim yang berbeda. Ribulosa 5-fosfat 3-epimerase mengubah konfigurasi disekitar karbon 3 dari ribulosa 5 fosfat, dengan membentuk epimer xilulosa 5-pospat, yaitu senyawa ketopentosa lainnya. Ribosa 5-fosfat ketoisomerase mengubah ribulosa 5-fosfat menjadi senyawa aldopentosa yang bersesuaian, yaitu ribosa 5-fosfat yang merupakan precursor bagi residu ribosa yang diperlukan dalam sintesis nukleotida dan asam nukleat.

Transketolase memindahkan unit dua-karbon yang terdiri atas karbon 1 dan 2 dari sebuah ketosa kepada atom karbon aldehid pada gula aldosa. Karena itu, enzim ini mempengaruhi konversi gula pentosa menjadi aldosa dengan berkurangnya dua karbon, dan sekaligus mengonversi gula aldosa menjadi ketosa dengan bertambahnya dua atom karbon. Reaksi tersebut memerlukan vitamin B, yaitu tiamin.

Jadi, enzim transketolase mengatalisis proses pemindahan unit dua karbon dari xilulosa 5 fosfat kepada ribulosa 5 fosfat , yang menghasilkan ketosa sedoheptulosa 7fosfat tujuh karbon dan aldosa gliseraldehid 3-fosfat . kedua produk ini kemudian memasuki reaksi lainnya yang dikenal sebagai reaksi transaldolasi. Enzim transaldolasi memungkinkan pemindahan moietas dihidroksiaseton tiga - karbon (karbon 1-3), dari ketosa sedoheptulosa 7-fosfat kepada aldosa gliseraldehid 3-fosfat untuk membentuk ketosa fruktosa 6-fosfat dan aldosa eritrosa 4-fosfat empat karbon.

Kemudian berlangsung reaksi selanjutnya yang sekali lagi melibatkan enzim transketolase , dengan xilulosa 5-fosfat berfungsi sebagai donor glikoaldehid. Pada keadaan ini, eritrosa 4-fosfat yang terbentuk di atas bertindak sebagai akseptor , dan hasil reaksinya adalah fruktosa 6-fosfat serta gliseraldehid 3-fosfat.

Reaktan

Produk

Enzim

Ribulosa 5-phosphate

Ribosa 5-phosphate

Isomerase phosphopentosa

Ribosa 5-phosphate

Xilulosa 5-phosphate

Epimerase phosphopentosa

Xilulosa 5-phosphate + Gliseraldehid

3- Transketolase

ribosa 5-phosphate

+

phosphate sedoheptulosa

7-

phosphate

Sedoheptulosa phosphate gliseraldehid

7- Eritrosa 4- phosphate + Transaldolase + fruktosa 6-phosphate 3-

phosphate

Xilulosa 5-phosphate + Gliseraldehid eritrosit 4-phosphate

3- Transketolase

phosphate + fruktosa 6phosphate

Aspek Klinis Gangguan pada Lintasan Pentosa Fosfat menimbulkan Hemolisis Eritrosit. Mutasi yang terjadi pada beberapa populasi menyebabkan defisiensi enzim glukosa-6-fosfat dehidrogenase dengan konsekuensi gangguan pembentukan NADPH. Gangguan ini bermanifestasi dalam bentuk hemolisis sel darah merah jika penderita yang rentan menggunakan preparat oksidan, seperti obat antimalaria primaquin, aspirin atau sulfonamid, atau memakan fava beans.

Glutathione peroksidase merupakan antioksidan alami yang ditemukan di banyak jaringan yang bergantung pada pasokan NADPH. Enzim ini akan menyerang peroksida organik di samping H2O2. Bersama dengan vitamin E, enzim glutathione peroksidase menjadi bagian pertahanan tubuh untuk melawan peroksidasi lipid. Kaitan antara insiden beberapa penyakit kanker dan rendahnya kadar selenium darah serta aktivitas glutathione peroksidase telah dilaporkan.

Pengukuran aktivitas enzim transketolase di dalam darah dapat digunakan untuk memperkirakan derajat defisiensi tiamin. Aktivitas enzim ini meningkat hanya pada keadaan anemia pernisiosa.

Tujuan Lintasan Pentosa Fosfat : 1. Menghasilkan metabolit untuk sintesa karbohidrat Ribulosa 5 P yang nantinya reaksi LPF pertama melibatkan glukosa-6-fosfat, yang berasal dari perombakan pati fosforilase di glikolisis, dari penambahan fosfat akhir pada ATP ke glukosa atau langsung dari fotosintesis. Senyawa ini segera dioksidasi oleh glukosa-6fosfat dehidrogenase menjadi 6-fosfoglukono-laktona (reaksi 1). Laktona ini secara cepat dihidrolisis oleh laktonase menjadi 6-fosfoglukonat (reaksi 2), kemudian senyawa terakhir ini segera didekarboksilasi secara oksidatif menjadi ribulosa-5-fosfat oleh 6-fosfoglukonat dehidrogenase (reaksi 3). Selanjutnya LPF menghasilkan pentosa fosfat dan dikatalisis oleh isomerase (reaksi 4) dan epimerase (reaksi 5), yang merupakan salah satu jenis isomerase. Reaksi ini dan reaksi berikutnya serupa dengan beberapa reaksi di daur Calvin. Enzim yang penting ialah transketolase (reaksi 6 dan 8) dan transaldolasakan diubah menjadi RuDP, sebagai senyawa kunci dalam Fotosintesa 2. Menghasilkan metabolit (pentosa) untuk sintesa senyawa fenol yang mudah dioksidasi menjadi Quinon, membentuk polimer coklat bersifat racun. Pentosa juga merupakan prekursor lignin. 3. Memproduksi NADPH sebagai koenzim yang sangat dibutuhkan dalam berbagai reaksi metabolisme.

4. Menghasilkan Ribosa untuk sintesa asam nukleat dan berbagai koenzim. Peranan LPF sangat penting, karena dapat dianggap sebagai jalur penghubung antara jalur perombakan dengan jalur pembentukan karbohidrat.

F. GLUKONEOGENESIS Pada dasarnya glukoneogenesis adalah sintesis glukosa dari senyawa bukan karbohidrat, misalnya asam laktat dan beberapa asam amino. Proses glukoneogenesis berlangsung terutama dalam hati. Asam laktat yang terjadi pada proses glikolisis dapat dibawa oleh darah ke hati. Di sini asam laktat diubah menjadi glukosa kembali melalui serangkaian reaksi dalam suatu proses yaitu glukoneogenesis (pembentukan gula baru). Glukoneogenesis yang dilakukan oleh hati atau ginjal, menyediakan suplai glukosa yang tetap. Kebanyakan karbon yang digunakan untuk sintesis glukosa akhirnya berasal dari katabolisme asam amino. Laktat yang dihasilkan dalam sel darah merah dan otot dalam keadaan anaerobik juga dapat berperan sebagai substrat untuk glukoneogenesis. Glukoneogenesis mempunyai banyak enzim yang sama dengan glikolisis, tetapi demi alasan termodinamika dan pengaturan, glukoneogenesis bukan kebalikan dari proses glikolisis karena ada tiga tahap reaksi dalam glikolisis yang tidak reversibel, artinya diperlukan enzim lain untuk reaksi kebalikannya. Glukokinase 1. Glukosa + ATP Glukosa-6-fosfat + ADP Fosfofruktokinase 2. Fruktosa-6-fosfat + ATP fruktosa-1,6-difosfat + ADP Piruvatkinase 3. Fosfenol piruvat + ADP asam piruvat + ATP Enzim glikolitik yang terdiri dari glukokinase, fosfofruktokinase, dan piruvat kinase mengkatalisis reaksi yang ireversibel sehingga tidak dapat digunakan untuk sintesis

glukosa. Dengan adanya tiga tahap reaksi yang tidak reversibel tersebut, maka proses glukoneogenesis berlangsung melalui tahap reaksi lain. Reaksi tahap pertama glukoneogenesis merupakan suatu reaksi kompleks yang melibatkan beberapa enzim dan organel sel (mitokondrion), yang diperlukan untuk mengubah piruvat menjadi malat sebelum terbentuk fosfoenolpiruvat. Tiga reaksi pengganti yang pertama mengubah piruvat menjadi fosfoenolpiruvat (PEP), jadi membalik reaksi yang dikatalisis oleh piruvat kinase. Perubahan ini dilakukan dalam 4 langkah. Pertama, piruvat mitokondria mengalami dekarboksilasi membentuk oksaloasetat. Reaksi ini memerlukan ATP (adenosin trifosfat) dan dikatalisis oleh piruvat karboksilase. Seperti banyak enzim lainnya yang melakukan reaksi fiksasi CO2, pada reaksi ini memerlukan biotin untuk aktivitasnya. Oksaloasetat direduksi menjadi malat oleh malat dehidrogenase mitokondria. Pada reaksi ini, glukoneogenesis secara singkat mengalami overlap (tumpang tindih) dengan siklus asam sitrat. Malat meninggalkan mitokondria dan dalam sitoplasma dioksidasi membentuk kembali oksaloasetat. Kemudian oksaloasetat sitoplasma mengalami dekarboksilasi membentuk PEP pada reaksi yang tidak memerlukan GTP (guanosin trifosfat) yang dikatalisis oleh PEP karboksikinase. Reaksi pengganti kedua dan ketiga dikatalisis oleh fosfatase. Fruktosa-1,6bisfosfatase mengubah fruktosa-1,6-bisfosfat menjadi fruktosa-6-fosfat, jadi membalik reaksi yang dikatalisis oleh fosfofruktokinase. Glukosa-6-fosfatase yang ditemukan pada permulaan metabolisme glikogen, mengkatalisis reaksi terakhir glukoneogenesis dan mengubah glukosa-6-fosfat menjadi glukosa bebas. Dengan penggantian reaksi-reaksi pada glikolisis yang secara termodinamika ireversibel, glukoneogenesis secara termodinamika seluruhnya menguntungkan dan diubah dari lintasan yang menghasilkan energi menjadi lintasan yang memerlukan energi. Dua fosfat berenergi tinggi digunakan untuk mengubah piruvat menjadi PEP. ATP tambahan digunakan untuk melakukan fosforilasi 3-fosfogliserat menjadi 1,3bisfosfogliserat. Diperlukan satu NADH pada perubahan 1,3-bisfosfogliserat menjadi gliseraldehida-3-fosfat. Karena 2 molekul piruvat digunakan pada sintesis satu glukosa, maka setiap molekul glukosa yang disintesis dalam glukoneogenesis, sel memerlukan 6

ATP dan 2 NADH. Glikolisis dan glukoneogenesis tidak dapat bekerja pada saat yang sama. Oleh karena itu, ATP dan NADH yang diperlukan pada glukoneogenesis harus berasal dari oksidasi bahan bakar lain, terutama asam lemak. Walaupun lemak menyediakan sebagian besar energi untuk glukoneogenesis, tetapi lemak hanya menyumbangkan sedikit fraksi atom karbon yang digunakan sebagai substrat. Ini sebagai akibat struktur siklus asam sitrat. Asam lemak yang paling banyak pada manusia yaitu asam lemak dengan jumlah atom karbon genap didegradasi oleh enzim -oksidasi menjadi asetil-KoA. Asetil KoA menyumbangkan fragmen 2-karbon ke siklus asam sitrat, tetapi pada permulaan siklus 2 karbon hilang sebagai CO2. Jadi, metabolisme asetil KoA tidak mengakibatkan peningkatan jumlah oksaloasetat yang tersedia untuk glukoneogenesis. Bila oksaloasetat dihilangkan dari siklus dan tidak diganti, kapasitas pembentukan ATP dari sel akan segera membahayakan. Siklus asam sitrat tidak terganggu selama glukoneogenesis karena oksaloasetat dibentuk dari piruvat melalui reaksi piruvat karboksilase. Kebanyakan atom karbon yang digunakan pada sintesis glukosa disediakan oleh katabolisme asam amino. Beberapa asam amino yang umum ditemukan mengalami degradasi menjadi piruvat. Oleh karena itu masuk ke proses glukoneogenesis melalui reaksi piruvat karboksilase. Asam amino lainnya diubah menjadi zat antara 4 atau 5 karbon dari siklus asam sitrat sehingga dapat membantu meningkatkan kandungan oksaloasetat dan malat mitokondria. Dari 20 asam amino yang sering ditemukan dalam protein, hanya leusin dan lisin yang seluruhnya didegradasi menjadi asetil-KoA yang menyebabkan tidak dapat menyediakan substrat untuk glukoneogenesis. Pengaturan Glukoneogenesis Hati dapat membuat glukosa melalui glukoneogenesis dan menggunakan glukosa melalui glikolisis sehingga harus ada suatu sistem pengaturan yang mencegah agar kedua lintasan ini bekerja serentak.Sistem pengaturan juga harus menjamin bahwa aktivitas metabolik hati sesuai dengan status gizi tubuh yaitu pembentukan glukosa selama puasa dan menggunakan glukosa saat glukosa banyak.

Aktivitas glukoneogenesis dan glikolisis diatur secara terkoordinasi dengan cara perubahan jumlah relatif glukagon dan insulin dalam sirkulasi. Bila kadar glukosa dan insulin darah turun, asam lemak dimobilisasi dari cadangan jaringan adipose dan aktivitas -oksidasi dalam hati meningkat. Hal ini mengakibatkan peningkatan konsentrasi asam lemak dan asetil-KoA dalam hati. Karena asam amino secara serentak dimobilisasi dari otot, maka juga terjadi peningkatan kadar asam amino terutama alanin. Asam amino hati diubah menjadi piruvat dan substrat lain glukoneogenesis. Peningkatan kadar asam lemak, alanin, dan asetil-KoA semuanya memegang peranan mengarahkan substrat masuk ke glukoneogenesis dan mencegah penggunaannya oleh siklus asam sitrat. Asetil-KoA secara alosterik mengaktifkan piruvat karboksilase dan menghambat piruvat dehidrogenase. Oleh karena itu, menjamin bahwa piruvat akan diubah menjadi oksaloasetat. Piruvat kinase dihambat oleh asam lemak dan alanin, jadi menghambat pemecahan PEP yang baru terbentuk menjadi piruvat. Pengaturan hormonal fosfofruktokinase dan fruktosa-1,6-bisfosfatase diperantarai oleh senyawa yang baru ditemukan yaitu fruktosa 2,6-bisfosfat. Pembentukan dan pemecahan senyawa pengatur ini dikatalisis oleh enzim-enzim yang diatur oleh fosforilasi dan defosforilasi. Perubahan konsentrasi fruktosa-2,6-bisfosfat sejajar dengan perubahan untuk glukosa dan insulin yaitu konsentrasinya meningkat bila glukosa banyak dan berkurang bila glukosa langka. Fruktosa-2,6- bisfosfat secara alosterik mengaktifkan fosfofruktokinase dan menghambat fruktosa 1,6-bisfosfatase. Jadi, bila glukosa banyak maka glikolisis aktif dan glukoneogenesis dihambat. Bila kadar glukosa turun, peningkaan glukagon mengakibatkan penurunan konsentrasi fruktosa-2,6-bisfosfat dan penghambatan yang sederajat pada glikolisis dan pengaktifan glukoneogenesis.