Latar Belakang
Metabolisme merupakan total reaksi kimia yang terjadi didalam tubuh makhluk hidup untuk kelangsungan kehidupannya. Secara keseluruhan reaksi-reaksi tersebut bertanggungjawab untuk menjaga availabilitas organisme. Reaksi-reaksi tersebut secara sendiri-sendiri mungkin tidak penting, tetapi secara keseluruhan dalan jejaring akan membentuk puzzle yang sangat dibutuhkan untuk keseimbangan fungsi biokimia. Adanya gangguan pada salah satu reaksi akan menyebabkan abnormalitas metabolisme.
Reaksi-reaksi metabolisme dapat dibagi menjadi dua sesuai dengan tujuan reaksinya, yaitu katabolisme dan anabolisme. Katabolisme merupakan reaksi peluruhan (degradasi) yang menghasilkan energi, sedang anabolisme merupakan reaksi sintesis yang memerlukan energi. Keduanya berjalan secara seimbang sesuai dengan fungsi dan kebutuhan hidup organisme.
Glukosa merupada senyawa golongan karbohidrat yang merupakan sumber energi utama bagi makhluk hidup karena glukosa berasal dari proses fotosintesis yang mengkonversi energi matahari menjadi energi kimia. Energi yang terkandung dalam senyawa glukosa selanjutnya akan ditransformasi melalui serangkaian reaksi katabolisme yang dinamakan glikolisis. Glikolisis terjadi di dalam sitosol di dalam sel yang menghasilkan senyawa luruhan dan energi konversi dalam bentuk senyawa kimia yang lain (ATP).
Perumusan Masalah
Perumusan Masalah
Karbohidrat (Sakarida atau gula) yang kita makan sebagai sumber energi masuk ke dalam rubuh dalam bentuk senyawa kompleks, seperti disakarida (Maltosa dan laktosa) dan polimer pati (Amilosa dan amilopektin). Agar dapat digunakan oleh tubuh untuk menghasilkan energi, senyawa karbohidrat yang diserap dari dinding saluran pencernan harus dipotong menjadi senyawa gula sederhana yang disebut monosakarida, seperti glukosa.
Pencernaan polimer karbohidrat dimulai di mulut. Di dalam mulut, terdapat enzim amilase yang dapat membantu memotong polimer karbohidrat menjadi struktur yang lebih sederhana. Selain itu, air liur di mulut memiliki pH yang cukup asam untuk membantu pemotongan senyawa karbohidrat kompleks. Pada tahap selanjutnya, pencernaan karbohidrat kompleks berlanjut di daerah lambung. Enzim amilase yang masih ada akan segera berhenti bekerja karena pH lambung yang sangat asam. Setelah menjadi unsur yang lebih sederhana, maka akan masuk ke dalam usus pencernaan.
Di dalam usus, pemotongan karbohidrat dilakukan dengan bantuan enzim-enzim. Enzim ini di pankreas memiliki aktivitas yang sama dengan enzim amilase di mulut. Secara garis besar, enzim ini akan memecah disakarida dan oligosakarida menjadi monosakarida. Enzim lain yang turut membantu pemecahan molekul kompleks karbohidrat di usus adalah maltase, sukrase, laktase dan trehelase. Hasil dari pemotongan enzim-enzim ini adalah molekul karbohidrat sederhana (Monosakarida), seperti glukosa. Senyawa ini kemudian diedarkan ke seluruh tubuh dan dikonversi menjadi asam lemak, asam amino, glikogen, dan lain-lain.
Di dalam tubuh, glukosa akan dioksidasi untuk menjadi senyawa lain sesuai dengan keperluan masing-masing sel, seperti asam laktat dan asam piruvat. Peristiwa oksidasi inilah yang umum dikenal dengan istilah glikolisis. Glikolisis terjadi di sitosol dan merupakan langkah awal dari proses produksi energy utama di dalam tubuh manusia dimana asam piruvat menjadi salah satu senyawa prekursor yang terpenting.
Definisi Glikolisis
Glikolisis adalah serangkaian reeaksi biokimia dimana glukosa dioksidasi menjadi molekul asam piruvat. Glikolisis adalah salah satu proses metabolisme yang paling universal yang kita kenal dan terjadi (dengan berbagai variasi) di banyak jenis sel dalam hampir seluruh bentuk organisme. Proses glikolisis sendiri menghasilkan lebih sedikit energi per molekul glukosa dibandingkan dengan oksidasi aerobik yang sempurna. Energi yang dihasilkan disimpan dalam senyawa organic berupa adenosine triphospate atau yang lebih umum dikenal dengan istilah ATP.
Lintasan Glikolisis
Lintasan glikolisis yang paling umum adalah lintassan Embden-Meyerhof-Parnas (EMP) yang pertama kali ditemukan oleh Gusta Embden, Otto Meyerhof dan Jakub Karol Parnas. Selain itu juga terdapat lintasan Entner-Doudoroff yang ditemukan oleh Michael Doudoroff dan Nathan Entner terjadi hanya pada sel prokariota dan berbagai lintasan heterofermentatif dan homofermentatif.
Ringkasan reaksi glikolisis pada lintasaan EMP adalah sebagai berikut:
C6H12O6 + 2ATP + 2NAD+ ---> 2Piruvat + 4 ATP + 2nADH
Sedangkan reaksi dari glikolisis, siklus asam sitrat dan fosforilasi oksidatif adalah:
C6H12O6 + 6O2 ---> 6CO2 + 6H2O + energy
Pencernaan Karbohidrat
Karbohidrat (Sakarida atau gula) yang kita makan sebagai sumber energi masuk ke dalam rubuh dalam bentuk senyawa kompleks, seperti disakarida (Maltosa dan laktosa) dan polimer pati (Amilosa dan amilopektin). Agar dapat digunakan oleh tubuh untuk menghasilkan energi, senyawa karbohidrat yang diserap dari dinding saluran pencernan harus dipotong menjadi senyawa gula sederhana yang disebut monosakarida, seperti glukosa.
Pencernaan polimer karbohidrat dimulai di mulut. Di dalam mulut, terdapat enzim amilase yang dapat membantu memotong polimer karbohidrat menjadi struktur yang lebih sederhana. Selain itu, air liur di mulut memiliki pH yang cukup asam untuk membantu pemotongan senyawa karbohidrat kompleks. Pada tahap selanjutnya, pencernaan karbohidrat kompleks berlanjut di daerah lambung. Enzim amilase yang masih ada akan segera berhenti bekerja karena pH lambung yang sangat asam. Setelah menjadi unsur yang lebih sederhana, maka akan masuk ke dalam usus pencernaan.
Di dalam usus, pemotongan karbohidrat dilakukan dengan bantuan enzim-enzim. Enzim ini di pankreas memiliki aktivitas yang sama dengan enzim amilase di mulut. Secara garis besar, enzim ini akan memecah disakarida dan oligosakarida menjadi monosakarida. Enzim lain yang turut membantu pemecahan molekul kompleks karbohidrat di usus adalah maltase, sukrase, laktase dan trehelase. Hasil dari pemotongan enzim-enzim ini adalah molekul karbohidrat sederhana (Monosakarida), seperti glukosa. Senyawa ini kemudian diedarkan ke seluruh tubuh dan dikonversi menjadi asam lemak, asam amino, glikogen, dan lain-lain.
Di dalam tubuh, glukosa akan dioksidasi untuk menjadi senyawa lain sesuai dengan keperluan masing-masing sel, seperti asam laktat dan asam piruvat. Peristiwa oksidasi inilah yang umum dikenal dengan istilah glikolisis. Glikolisis terjadi di sitosol dan merupakan langkah awal dari proses produksi energy utama di dalam tubuh manusia dimana asam piruvat menjadi salah satu senyawa prekursor yang terpenting.
ILintasan EMP
No
|
Substrat
|
Produk
|
Enzim
|
Reaksi
|
Keterangan
|
1
|
Glukosa
+
ATP
|
Glukosa-6 Fosfat
+ADP
+H+
|
Heksokinase
+Kofaktor
: Mg2+
|
Fosforilasi
Substrat
|
Sebuah molekul ATP dibutuhkan untuk mengkonversi glukosa menjadi G6P. Reaksi ini menjaga kadar gula dalam sitoplasma tetap rendah sebagai stimulasi agar asupan ke dalam sitool tetap mengalir melalui GLUT dan mencegah glukosa untuk keluar kembali ke dalam periplasma.
|
2
|
Glukosa-
6 Fosfat
|
Fruktosa-
6 Fosfat
|
Fosfoglukosa
Isomerase
|
Isomerasi
|
Enzim fosfoglukosa isomerase akan memindahkan gugus karbonil oksigen dan mengkonversi G6P menjadi bentuk isomernya berupa fruktosa-6 Fosfat (F6P). Reaksi ini bersifat umpan balik, namun seringkali terdorong ke reaksi beerikutnya karena kadar F6P menjadi tinggi, reaksi umpan balik akan terjadi dengan sendirinya mengkonversi F6P menjadi G6P. Fenomena ini dijelaskan dengan prinsip Le Chatelier.
|
3
|
Fruktosa-
6 Fosfat
+ ATP
|
Fruktosa-
1,6 bifosfat
+ ATP
+H+
|
Fosfofruktokinase
+ Kofaktor Mg 2+
| ||
4
|
Fruktosa-
1,6 bifosfat
|
Dihidroksi aseton fosfat
+ Gliseral
dehid- 3
Fosfat
|
Aldolase
| ||
5
|
Dihidroksi aseton fosfat
|
Gliseral
dehid- 3
Fosfat
|
Trios fosfat isokinase
|
Isomerasi
| |
6
|
Gliseral
dehid- 3
fosfat
+ NAD+
+Pi
|
1,3- birosfogli
serat
+ NADH
+ H+
|
Gliseraldehid- 3
fosfat dehidrogenase
|
Oksidasi
| |
7
|
1,3- bifosfogliserat
+ ADP
|
3- fosfogliserat
+ ATP
|
Fosfogliserat kinase
+ Kofaktor : Mg2+
| ||
8
|
3- fosfogliserat
|
2- fosfogliserat
|
Fosfogliserat mutase
| ||
9
|
2- fosfogliserat
|
osfoenolpiruvat
|
Enolase
| ||
10
|
Fosfoenolpiruvat+ ADP
+ H+
|
Pyr
+ ATP
|
Piruvat kinase
+ Kofaktor : Mg2+
|
V. Tahap-Tahap Glikolisis
Tahap I: Investasi energi
1. Glikolisis
Diawali dengan reaksi pembentukan senyawa glukosa 6-fosfat dari glukosa. Reaksi tersebut merupakan reaksi yang membutuhkan energi yang diambil dari pemutusan ikatan fosfat dari ATP. Reaksi ini dikatalisis oleh enzim heksokinase atau glukokinase.
Heksokinase dapat ditemukan dalam semua sel organisme. Enzim ini memiliki spesifitas katalitik yang rendah. Hampir semua monosakarida dapat difosforilasi. Aktivitasnya dapat dihambat oleh produknya, yaitu glukosa-6-fosfat. Glukokinase diitemukan di lever, memiliki spesifitas katalitik yang tinggi dan tidak dapat dihambat oleh glukosa-6-fosfat.. Enzim ini aktif bila kadar glukosa tinggi di dalam darah.
2. Isomerisasi glukosa 6-fosfat.
Reaksi yang kedua adalah pembentukan isomer fruktosa 6-fosfat dari glukosa 6-fosfat. Reaksi ini dikatalisis oleh fosfoglukoisomerase.
glucose-6-P (aldose) ---> fructose-6-P (ketose)
3. Fosforilasi kedua. Reaksi fosforilasi fruktosa-6-fosfat menjadi fruktosa-1,6-bisfosfat oleh enzim fosfofruktokinase.
Reaksi ini berjalan spontan dan merupakan rate limiting step pada proses glikolisis. Pada reaksi ini dibutuhkan 1 mol ATP dan diregulasi secara ketat. Fosfofruktokinase dapat dihambat oleh ATP.
fructose-6-P + ATP ---> fructose-1,6-bisP + ADP
4. Reaksi pemutusan menjadi 2 triosafosfat.
Reaksi ini dikatalisis oleh enzim aldolase dan terjadi pemutusan aldol yang merupakan kebalikan dari reaksi kondensasi aldol membentuk membentuk 2 molekul gliseraldehid 3-fosfat yang selanjutnya mengalami isomerisasi membentuk dihidroksiasetonfosfat. Reaksi isomerisasi ini dikatalisis oleh enzim triosefosfat isomerase.
5. Isomerisasi triosafosfat
Hanya gliseraldehid-3-fosfat yang akan diteruskan dalam proses glikolisis sehingga dengan adanya reaksi isoerisasi ini memungkinkan proses glikolisis berjalan sempurna. Pada akhir tahap I glikolisis ini menghasilkan 2 molekul gliseraldehid-3-fosfat dan membutuhkan 2 molekul ATP untuk setiap 1 molekul glukosa.
Tahap II
6. Oksidasi gliseraldehid-3-fosfat.
Reaksi ini dikatalisis oleh enzim gliseraldehid-3-fosfat dehidrogenase dengan NAD+ sebagai koenzimnya.
glyceraldehyde-3-P + NAD+ + Pi ---> 1,3-bisphosphoglycerate + NADH + H+
Reaksi oksidasi ini terjadi addisi gugus fosfat dan menghasilkan NADH. Pada tahap ini terbentuk pertama kali senyawa yang mengandung energi tinggi.
NAD+: Nukotinamid Adenin dinuklotida, bentuk teroksidasi
NADH: Nukotinamid Adenin dinuklotida, bentuk tereduksi
7. Transfer fosfat untuk membentuk ATP
Senyawa 1,3 bisfosfogliserat merupakan senyawa berenergi tinggi yang selanjutnya gugus fosfat tersebut ditransfer untuk membentuk ATP yang dikatalisis oleh enzim fosfogliserat kinase dengan ko-faktor Mg2+. Enzim ini mirip dengan heksokinase yang mengalami prubahan konformasi yang diinduksi oleh substrat. Reaksi ini bersifat reversible.
1,3-bisphosphoglycerate + ADP ---> 3-phosphoglycerate + ATP
8. Perpindahan posisi gugus fosfat
Pada tahap ini terjadi reaksi perpindahan gugus fosfat pada 3-fosfogliserat yang berada pada posisi C-3 berpindah ke OH posisi C-2 yang dikatalisis oleh enzim fosfogliserat mutase. Reaksi ini menghasilkan 2-fosfogliserat.
3-phosphoglycerate ---> 2-phosphoglycerate
Pada katalisis ini residu histidin berperan penting pada transfer fosfat ion dengan memberikan dan menerima gugus fosfta.
9. Pembentukan senyawa berenergi tinggi kedua.
Pembentukan senyawa ini dilakukan dengan dehidrasi yang dikatalisis oleh enzim enolase yang memiliki ko-faktor Mg2+. Reaksi ini dapat dihambat oleh fluorida.
2-phosphoglycerate phosphoenolpyruvate + H2O
10. Pembentukan ATP akhir
Reaksi ini berjalan spontan dan terjadi transfer gugus fosfat dari fosfoenolpirufat ke ADP membentuk ATP. Pelepasan fosfat ion menyebabkan terjadinya ikatan enol yang tidak stabil sehingga akan terkonversi ke bentuk keto dan menjadi piruvat. Reaksi ini dikatalisis oleh enzim piruvat kinase. Enzim ini memerlukan Mg+ sebagai ko-faktor. Piruvat merupakan hasil akhir glikolisis.
phosphoenolpyruvate + ADP ---> pyruvate + ATP
Resume glikolisis tahap I dan tahap II (kali dua)
Kalkulasi net ATP untuk setiap mol glukosa:
- Reaksi tahap I dibutuhkan 2 mol ATP
- Reaksi tahap II masing-masing dihasilkan 2 ATP;
jadi totalnya ada 4 ATP
Net produksi ATP = 4 – 2 = 2 mol
Reaksi total glikolisis (dengan mengabaikan H+):
glucose + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi ---> 2 pyruvate + 2 NADH + 2 ATP
Glikolisis pada organisme Aerobik dan Anaerobik
I. Pada organisme aerobik:
Piruvat yang dihasilkan oleh glikolisis ini akan dioksidasi menghasilkan CO2 pada siklus Kreb. NADH yang dihasilkan oleh glikolisis dan siklus Kreb akan di-reoksidasi melalui rantai oksidasi dan menghasilkan lebih banyak lagi ATP.
II. Pada organisme an-aerobik:
NADH akan di-reoksidasi melalui serangkaian reaksi, karena NAD+ diperlukan untuk reaksi gliseraldehid-3-fosfat dehidrogenase. Piruvat akan dikonversi menjadi beberapa jenis senyawa yang selanjutnya akan diekskresikan.
Jalur lengkap, termasuk glikolisis dan re-oksidasi NADH disebut fermentasi. Pada keadaan keadaan olahraga, piruvat akan direduksi menjadi laktat oleh enzim laktat dehidrogenase dan NADH akan mengalami re-oksidasi menjadi NAD+. Keadaan tersebut dapat terjadi bila metabolisme aerobik tidak dapat memenuhi kebutuhan energi. Laktat dapat diekskresikan atau masuk ke pembuluh darah dan dikonversi lagi menjadi piruvat oleh Laktat dehidrogenase.
Laktat juga merupakan sumber energi yang signifikan bagi otak. Beberapa organisme anaerobic melakukan metabolisme glukosa menghasilkan etanol sebagai produk sampingnya.
Pada reaksi tersebut NADH akan dikonversi menjadi NAD+ oleh enzim Alkohol dehidrogenase.
Perbandingan total reaksi:
Glycolysis, mengabaikan H+:
glucose + 2 NAD + 2 ADP + 2 Pi ---> 2 pyruvate + 2 NADH + 2 ATP
Fermentation, from glucose to lactate (alcohol) :
glucose + 2 ADP + 2 Pi ---> 2 lactate (alcohol) + 2 ATP
Katabolisme anaerobic dari glukosa hanya menghasilkan 2 mol ATP 72 Enzim yang mengkatalisis reaksi spontan pada glikolisis:
- - Heksokinase,
- - fosfofruktokinase
- - dan piruvat kinase
Enzim-enzim tersbut diregulasi:
- Lokal kontrol: dihambat oleh produk reaksi
- Global kontrol: hormon
Metabolisme glukosa di hati
Glukokinase merupakan enzim yang berperan dalam glikolisis di lever dan reaksinya tidak dihambat oleh produknya, glukosa-6-fosfat. Enzim ini bekerja pada level glukosa darah yang tinggi.
Glukosa-6-fosfat yang berlebihan di dalam hati akan dikonversi menjadi glukosa-1-fosfat dan selanjutnya diubah menjadi glikogen. Akan tetapi apabila kadar gula di dalam darah menurun, glukosa-6-fosfat akan dikonversi menjadi glukosa dengan melepas fosfat ion dengan katalisator Glukosa-6-fosfatase. Kedua enzim tersebut hanya ditemukan di hati yang berguna untuk kontrol kadar gula darah.
SUMBER:
http:/edymei.blog.ugm.ac.id/files/2009/03/viii-glikolisis/pdf
http://www.tpb.ipb.ac.id/index.php/in/materi/kuliah/3/respirasi/selular/
Tidak ada komentar:
Posting Komentar