Proses Dan Tahapan Glikolisis.docx

PROSES DAN TAHAPAN GLIKOLISIS Glikolisis merupakan proses pengubahan glukosa menjadi dua molekul asam piruvat dengan menghasilkan ATP dan NADH. Glikolisis terjadi pada sel mikroorganisme, tumbuhan, dan hewan melalui 10 tahap reaksi. Proses ini terjadi di sitoplasma dengan bantuan 10 jenis enzim yang berbeda. Glukosa dalam sel dapat mengalami berbagai jalur metabolisme, baik disimpan, diubah menjadi energi, ataupun diubah menjadi molekul lain. Apabila terjadi kelebihan gula dalam darah, glukosa akan didimpan dalam otot atau hati dalam bentuk glikogen. Apabila sel-sel tubuh sedang aktif membelah, glukosa akan diubah menjadi gula pentosa yang penting dalam sintesis DNA dan RNA. Dan ketika tubuh membutuhkan energi, glukosa akan diproses untuk menghasilkan energi melalui tahapan glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, siklus krebs, dan transfer elektron. tahapan-tahapan tersebut dapat terjadi apabila terdapat oksigen dalam jaringan sehingga prosesnya disebut respirasi aerob (menghasilkan energi dengan adanya oksigen). Glikolisis merupakan tahapan pertama dari proses respirasi aerob untuk menghasilkan energi dalam bentuk ATP. ATP yang dihasilkan dalam glikolisis akan digunakan untuk berbagai proses yang membutuhkan energi, karena ATP merupakan molekul penyimpan energi. Sedangkan NADH nantinya akan menjalani proses transfer elektron untuk menghasilkan ATP. Sebuah molekul NADH dalam transfer elektron akan menghasilkan tiga molekul ATP. Dalam tahap awalnya, proses glikolisis membutuhkan dua ATP sebagai sumber energi. Namun dalam tahap selanjutnya, glikolisis akan menghasilkan ATP yang dapat digunakan untuk membayar hutang ATP yang telah digunakan tadi dan masih ada sisa ATP yang dapat digunakan untuk fungsi yang lain. Jadi dalam glikolisis, terjadi surplus ATP, lebih banyak ATP yang dihasilkan daripada yang digunakan dalam proses tersebut.

Proses glikolisis Alur langkah glikolisis adalah sebagai berikut. 1. Tahap pertama, glukosa akan diubah menjadi glukosa 6-fosfat oleh enzim hexokinase. Tahap ini membutuhkan energi dari ATP (adenosin trifosfat). ATP yang telah melepaskan energi yang disimpannya akan berubah menjadi ADP. 2. Glukosa 6-fosfat akan diubah menjadi fruktosa 6-fosfat yang dikatalisis oleh enzim fosfohexosa isomerase. 3. Fruktosa 6-fosfat akan diubah menjadi fruktosa 1,6-bifosfat, reaksi ini dikatalisis oleh enzim fosfofruktokinase. Dalam reaksi ini dibutuhkan energi dari ATP. 4. Fruktosa 1,6-bifosfat (6 atom C) akan dipecah menjadi gliseraldehida 3-fosfat (3 atom C) dan dihidroksi aseton fosfat (3 atom C). Reaksi tersebut dikatalisis oleh enzim aldolase. 5. Satu molekul dihidroksi aseton fosfat yang terbentuk akan diubah menjadi gliseraldehida 3fosfat oleh enzim triosa fosfat isomerase. Enzim tersebut bekerja bolak-balik, artinya dapat pula mengubah gliseraldehida 3-fosfat menjadi dihdroksi aseton fosfat.

6. Gliseraldehida 3-fosfat kemudian akan diubah menjadi 1,3-bifosfogliserat oleh enzim gliseraldehida 3-fosfat dehidrogenase. Pada reaksi ini akan terbentuk NADH. 7. 1,3 bifosfogliserat akan diubah menjadi 3-fosfogliserat oleh enzim fosfogliserat kinase. Para reaaksi ini akan dilepaskan energi dalam bentuk ATP. 8. 3-fosfogliserat akan diubah menjadi 2-fosfogliserat oleh enzim fosfogliserat mutase. 9. 2-fosfogliserat akan diubah menjadi fosfoenol piruvat oleh enzim enolase. 10. Fosfoenolpiruvat akan diubah menjadi piruvat yang dikatalisis oleh enzim piruvat kinase. Dalam tahap ini juga dihasilkan energi dalam bentuk ATP. Yang perlu diperhatikan adalah pada langkah ke-6 hingga ke-10. Langkah-langkah tersebut terjadi dua kali karena terbentuk dua gliseraldehida 3-fosfat dari pemecahan fruktosa 1,6bifosfat. Oleh karena itu dua molekul gliseraldehida 3-fosfat masing-masing akan menjalani langkah 6 hingga 10 tersebut. Jadi hasil total glikolisis adalah 2 molekul asam piruvat dengan 2 ATP dan 2 NADH. Molekul ATP yang terbentuk sebenarnya ada 4, namun 2 ATP telah digunakan untuk membayar hutang ATP yang telah dipakai pada tahap reaksi pertama dan ketiga. Dalam keadaan terdapat oksigen, asam piruvat akan masuk tahap dekarboksilasi oksidatif dan siklus krebs untuk membentuk energi lebih lanjut. Namun ketika tidak tersedia oksigen, piruvat akan menjalani proses fermentasi homolaktat atau fermentasi alkohol. Kedua jenis fermentasi tersebut merupakan proses menghasilkan energi tanpa kehadiran oksigen sehingga disebut respirasi anaerob. Fermentasi homolaktat terjadi pada mikroorganisme dan hewan. Hasil akhir proses ini adalah asam laktat yang akan tertimbun dalam jaringan dan menyebabkan munculnya rasa lelah. Saat seorang berolahraga dengan keras, kebutuhan oksigennya tidak tercukupi dengan pernapasannya. Maka jaringan tidak dapat menjalani respirasi aerob sehingga yang terjadi adalah fermentasi homo laktat. Asam laktat yang tertimbun menyababkan otot terasa lelah saat berolahraga. Asam laktat akan diubah kembali menjadi glukosa di dalam hati namun memerlukan proses yang agak lambat. Sedangkan fermentasi alkohol terjadi pada yeast, atau jamur bersel satu yang biasanya digunakan untuk membuat anggur. Yeast akan mengubah piruvat menjadi alkohol yang dilepaskan ke lingkungan yang dimanfaatkan oleh manusia untuk membuat minuman.

PROSES DAN TAHAPAN SIKLUS KREBS Siklus krebs merupakan serangkaian reaksi kimia yang terjadi pada sel hidup untuk menghasilkan energi dari Asetil ko-A perubahan dari asam piruvat hasil glikolisis. Siklus krebs merupakan salah satu tahap respirasi aerob, yaitu proses menghasilkan energi dimana dalam prosesnya membutuhkan oksigen. Respirasi aerob terjadi melalui glikolisis, siklus krebs dan transfer elekton. Siklus krebs terjadi di dalam mitokondria sedangkan glikolisis terjadi pada sitoplasma, oleh karena itu asam piruvat hasil glikolisis harus masuk mitokondria terlebih dahulu agar dapat menjalani siklus krebs. Sebagian besar energi untuk berbagai aktivitas dihasilkan dari katabolisme (bahasa gampang: pemecahan) glukosa yang terjadi di dalam sel. Awalnya glukosa akan menjalani proses glikolisis untuk diubah menjadi asam piruvat. Apabila tidak terdapat oksigen, asam piruvat akan menjalani proses respirasi anaerob untuk diubah menjadi asam laktat atau alkohol, tergantung dari organismenya. Namun dalam keadaan tersedia oksigen, asam piruvat akan memasuki proses respirasi aerob untuk diolah menjadi energi dengan hasil akhir air dan karbondioksida.

Siklus krebs akan menghasilkan ATP, NADH, FADH2 dan CO2. Karbondioksida akan dilepaskan dari sel dan dikeluarkan dari tubuh sebagai sisa respirasi. Sedangkan ATP, NADH, FADH2 merupakan sumber energi penting bagi tubuh. Terdapat dua bagian penting dalam siklus krebs  

Pertama adalah tahap persiapan dimana piruvat akan diubah menjadi asetik ko-A melalui proses yang disebut dekarboksilasi oksidatif. Kedua adalah berlangsungnya siklus krebs yang terjadi di matriks mitokondria.

Dekarboksilasi oksidatif Dekarboksilasi oksidatif akan mengubah asam piruvat menjadi asetil ko-A. Tahap ini terjadi dalam beberapa reaksi yang dikatalisis oleh kompleks enzim yang disebut piruvat dehidrogenase. Enzim ini terdapat pada mitokondria pada sel eukariotik, sedangkan pada prokariotik terdapat pada sitoplasma.

Dekarboksilasi oksidatif

Tahap-tahap dalam dekarboksilasi oksidatif adalah sebagai berikut.  

Gugus karboksilat (-COO) akan lepas dari asam piruvat menjadi CO2. Sisa dua atom karbon dari piruvat dalam bentuk CH3COO- akan mentranfer kelebihan elektronnya pada molekul NAD+ sehingga terbentuk NADH, dan molekul dua atom karbon tersebut berubah menjadi asetat.



Pada akhirnya koenzim-A (ko-A) akan diikatkan pada asetat sehingga membentuk asetil koenzim-A (asetil ko-A).

Hasil dari dekarboksilasi oksidatif adalah molekul asetil ko-A, NADH, dan CO2. Satu molekul glukosa akan diubah menjadi dua molekul asam piruvat dalam glikolisis, artinya proses dekarboksilasi oksidatif untuk untuk satu molekul glukosa akan menghasilkan 2 molekul asetil ko-A, 2 NADH, dan 2 CO2. Siklus krebs Molekul asetil ko-A akan masuk krebs untuk menghasilkan ATP, NADH, FADH2, dan CO2. Terdapat delapan tahap reaksi dalam siklus krebs yang terus berputar-putar sehingga disebut sebagai suatu siklus.

Siklus krebs

Tahap-tahap dalam siklus krebs adalah sebagai berikut. 

Asetil co-A akan berikatan dengan oksaloasetat membentuk sitrat, reaksi ini dikatalisis enzim sitrat sintase.



Sitrat akan diubah menjadi isositrat oleh enzim akonitase.



Isositrat akan diubah menjadi alfa-ketoglutarat oleh ezim isositrat dehidrogenase. Dalam reaksi ini dilepaskan molekul CO2 dan dihasilkan NADH. Alfa-ketoglutarat akan diubah menjadi suksinil ko-A oleh enzim alfa ketoglutarat dehidrogenase. Dalam reaksi ini akan dilepaskan CO2 dan dihasilkan NADH.

 

Suksinil ko-A akan diubah menjadi suksinat oleh enzim suksinil ko-A sintetase. Pada reaksi ini akan dihasilkan GTP yang kemudian dapat berupah menjadi ATP.



Suksinat akan diubah menjadi fumarat oleh enzim suksinat dehidrogenase. Pada reaksi ini akan dihasilkan FADH2.



Fumarat akan diubah menjadi malat oleh enzim fumarase.



Malat akan diubah menjadi oksaloasetat oleh enzim malat dehidrogenase. Pada tahap ini juga dihasilkan NADH.

Satu molekul asetil ko-A yang masuk siklus krebs akan menghasilkan 1 ATP, 3 NADH, 1 FADH2 dan 2 CO2. Karena satu molekul glukosa akan diubah menjadi dua asetil ko-A, maka satu molekul glukosa yang menjalani siklus krebs akan menghasilkan 2 ATP, 6 NADH, 2 FADH2, dan 4 CO2.

Molekul NADH dan FADH2 nantinya akan masuk transfer elektron untuk menghasilkan ATP. Satu molekul NADH akan diproses untuk menghasilkan 3 ATP, sedangkan satu molekul FADH2 akan menghasilkan 2 ATP.

Siklus krebs ditemukan oleh Hans Adolf Krebs, seorang dokter dan ahli biokimia berkewarganegaraan Jerman. Siklus krebs disebut juga dengan siklus asam sitrat atau kadang disebut siklus asam trikarboksilat.

PROSES DAN TAHAPAN TRANSFER/ TRANSPOR ELEKTRON Transfer elektron atau transpor elektron merupakan proses produksi ATP (energi) dari NADH dan FADH2 yang dihasilkan dalam glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, dan siklus krebs. Transfer elektron terjadi di membran dalam mitokondria, yang dibantu oleh kelompok-kelompok protein yang terdapat pada membran tersebut. Proses ini disebut juga dengan fosforilasi oksidatif dan ditemukan pada tahun 1948 oleh Eugene Kennedy dan Albert Lehninger. Energi yang diperlukan untuk aktivitas setiap sel tubuh tersimpan dalam bentuk ATP yang dihasilkan melalui respirasi aerob maupun respirasi anaerob. Respirasi aerob merupakan proses pemecahan glukosa menghasilkan energi dengan adanya oksigen yang akan menghasilkan sisa air dan karbondioksida. Sedangkan repirasi anaerob merupakan pemecahan glukosa menghasilkan energi tanpa adanya oksigen dengan hasil akhir berupa asam laktat (pada hewan, tumbuhan, dan mikroorganisme) dan alkohol (pada jamur bersel satu / yeast). Energi yang dihasilkan dari respirasi aerob lebih banyak (36 / 38 ATP) dibandingkan energi yang dihasilkan melalui respirasi anaerob (2 ATP). Oleh karena itu, tubuh selalu mengutamakan terjadinya respirasi aerob dibandingkan anaerob. Respirasi aerob terjadi melalui empat tahapan yaitu glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, siklus krebs, dan transfer elektron.

Transfer elektron merupakan tahapan terakhir dari respirasi aerob yang nantinya akan menghasilkan ATP dan H2O sebagai hasil akhirnya. Dalam transfer elektron, oksigen berperan sebagai penerima elektron terakhir yang nantinya akan membentuk H2O yang akan dikeluarkan dari sel. Disebut dengan transfer elektron karena dalam prosesnya terjadi transfer elektron dari satu protein ke protein yang lain. Elektron yang ditransfer berasal dari NADH dan FADH2 yang telah terbentuk sebelumnya. Elektron akan ditransfer dari tingkat energi tinggi menuju tingkat energi yang lebih rendah sehingga akan melepaskan energi yang akan digunakan untuk membentuk ATP. Pada membran dalam mitokondria terdapat komplek protein I, komplek protein II, ubiquinon (Q), komplek protein III, sitokrom c (cyt c), dan komplek protein IV. Elektron akan ditransfer ke masing-masing protein tersebut untuk membentuk ATP. Sedangkan molekul O2 akan berperan sebagai penerima elekron terakhir yang nantinya akan berubah menjadi H2O. ATP akan dihasilkan oleh enzim ATP sintase melalui proses yang disebut kemiosmosis.

Tahapan transfer elektron adalah sebagai berikut.  NADH akan melepaskan elektronnya (e-) kepada komplek protein I. Peristiwa ini membebaskan energi yang memicu dipompanya H+ dari matriks mitokondria menuju ruang antar membran. NADH yang telah kehilangan elektron akan berubah menjadi NAD+. 

Elektron akan diteruskan kepada ubiquinon.



Kemudian elektron diteruskan pada komplek protein III. Hal ini akan memicu dipompanya H+ keluar menuju ruang antar membran.



Elektron akan diteruskan kepada sitokrom c.



Elektron akan diteruskan kepada komplek protein IV. Hal ini juga akan memicu dipompanya H+ keluar menuju ruang antar membran. Elektron kemudian akan diterima oleh molekul oksigen, yang kemudian berikatan dengan 2 ion H+ membentuk H2O. Bila dihitung, transfer elektron dari bermacam-macam protein tadi memicu dipompanya 3 H+ keluar menuju ruang antar membran. H+ atau proton tersebut akan kembali menuju matriks mitokondria melalui enzim yang disebut ATP sintase. Lewatnya H+ pada ATP sintase akan memicu enzim tersebut membentuk ATP secara bersamaan. Karena terdapat 3 H+ yang masuk kembali ke dalam matriks, maka terbentuklah 3 molekul ATP.

 





Proses pembentukan ATP oleh enzim ATP sintase tersebut dinamakan dengan kemiosmosis.

Penjelasan di atas adalah proses transfer elektron yang berasal dari molekul NADH. Bagaimana dengan elektron yang berasal dari FADH2 ? FADH2 akan mentransfer elektronnya bukan kepada komplek protein I, namun pada komplek protein II. Transfer pada komplak protein II tidak memicu dipompanya H+ keluar menuju ruang

antar membran. Setelah dari komplek protein II, elektron akan ditangkap oleh ubiquinon dan proses selanjutnya sama dengan transfer elektron dari NADH. Jadi pada transfer elektron yang berasal dari FADH2 , hanya terjadi 2 kali pemompaan H+ keluar menuju ruang antar mebran. Oleh sebab itu dalam proses kemiosmosis hanya terbentuk 2 molekul ATP saja. Jadi kesimpulannya adalah:  Satu NADH yang menjalani transfer elektron akan menghasilkan 3 molekul ATP.  Sedangkan satu molekul FADH2 yang menjalani transfer elektron akan menghasilkan 2 molekul ATP. Disinilah akhir dari respirasi aerob molekul glukosa. Respirasi ini akan menghasilkan energi sebanyak 36 / 38 ATP dengan hasil akhir berupa CO2 dan H2O yang akan dikeluarkan dari tubuh sebagai zat sisa respirasi. Satu molekul glukosa dengan 6 atom C, ketika mengalami respirasi aerob akan melepaskan 6 molekul CO2. Karbondioksida tersebut dibebaskan pada tahap dekarboksilasi oksidatif dan siklus krebs.