Minggu, 19 Juni 2011

GLIKOLISIS




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
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:

Referral Code Kredivo

 Kredivo adalah kartu kredit digital berupa aplikasi di smartphone yang memberikan kamu kemudahan untuk beli sekarang dan bayar nanti dalam...