ENZIM YANG BERPERAN DALAM PROSES GLIKOLISIS Dalam proses glikolisis, enzim – enzim yang terlibat adalah sebagai berikut : 1. Heksokinase Enzim Heksokinase memfasilitasi reaksi Glukosa + ATP = glukosa-6-fosfat + ADP + H+ Heksokinase mengkatalisis transfer gugus fosfat dari ATP ke glukosa dalam proses fosforilasi glukosa oleh ATP menjadi glukosa-6-fosfat. Kerja heksokinase harus diaktivasi dengan suatu ion logam divalen seperti Mg2+. Ion logam ini akan membentuk kompleks dengan ATP dan mengaktifkan kerja heksokinase. Kerja heksokinase diinhibisi oleh produk reaksi ini yaitu glukosa-6-fosfat. Ketika konsentrasi glukosa-6-fosfat mencapai nilai yang tinggi, produk ini akan bertindak sebagai efektor negatif bagi heksokinase (berikatan dengan heksokinase pada ”sisi lain” dari enzim ini) sehingga keaktifan heksokinase berkurang bahkan hilang. Reaksi kimia yang melibatkan enzim heksokinase ini merupakan tahap fosforilasi pertama. Selanjutnya, masih ada reaksi yang mengubah produk glukosa-6-fosfat menjadi fruktosa-6-fosfat dengan bantuan enzim fosfofruktokinase.
Bila reaksi pengubahan ini
berlangsung cepat, aktivitas heksokinase tidak akan terinhibisi karena keberadaan glukosa-6fosfat sedikit. Jadi, aktivitas fosfofruktokinase turut mengendalikan kerja enzim heksokinase. 2. Fosfofruktokinase (PFK) Reaksi fosforelasi yang dikatalisis oleh fosfofruktokinase adalah reaksi yang memanfaatkan ATP sebagai sumber fosfat. Enzim PFK digunakan pada reaksi fosforelasi II yang mengubah fruktosa-6-fosfat menjadi fruktosa-1,6-bifosfat. Kecepatan reaksi lebih besar saat jumlah ATP rendah. ATP dapat berperan sebagai substrat maupun inhibitor berupa efektor negatif. Penambahan AMP akan meningkatkan aktivitas enzim PFK. Sitrat menginhibisi PFK-1 dengan membentuk kompleks bersama Mg 2+ menjadi Mg-sitrat. Terbentuknya sitrat dalam jumlah besar menunjukkan siklus TCA telah banyak menghasilkan energi. 3. Piruvat Kinase Piruvat kinase mengkatalisis transfer gugus fosfat dari phosphoenolpyruvate (PEP) ke ADP menghasilkan molekul piruvat dan satu molekul ATP. Aktivitas enzim piruvate kinase dikendalikan oleh empat komponen, yaitu substratnya (PEP dan Fruktosa 1,6-bisfosfat) yang merupakan intermediet dalam glikolisis. Kedua senyawa ini memacu kecepatan proses glikolisis saat jumlah substrat Komponen kedua
adalah sitrat dan ATP yang menginhibisi secara alosterik.
Komponen ketiga adalah
kombinasi insulin / glukagon yang mengaktivasi / menginhibisi piruvat kinase dengan cara mendefosforilasi / menfosforilasi enzim ini.
Komponen keempat adalah alanin sebagai
inhibitor. Dalam proses glukoneogenesis, enzim – enzim yang terlibat adalah sebagai berikut : 4. Piruvat Karboksilase Enzim ini mengkatalisis reaksi perubahan piruvat menjadi oksaloasetat yang merupakan reaksi ireversibel. Enzim ini memerlukan magnesium atau mangan dan asetilCoA untuk proses aktivasinyapada hati. Eenzim ini juga sangat bergantung pada ketersediaan ATP.
Jumlah ADP yang sangat tinggi akan menghambat aktivitas enzim sedangkan
akumulasi dari asetil-CoA (efektor positif) mendorong reaksi berlangsung. 5. Fosfoenolpiruvat Karboksikinase (PEPCK) PEPCK merupakan salah satu enzim kunci reaksi pembentukan fosfoenolpiruvat dari oksaloasetat di sitosol. Reaksi yang dikatalisis oleh enzim ini adalah sebagai berikut : Sintesis enzim ini dikendalikan oleh dua macam hormon, yaitu glukagon dan insulin.
Hormon glukagon dihasilkan oleh kelenjar endokrin sel A pulau langerhans di pancreas. Glukagon merupakan aktivator transkripsi gen pengkode enzim PEPCK. Hormon berikutnya adalah insulin yang dihasilkan oleh sel B pulau langerhans di pankreas. Insulin bertindak sebagai inhibitor transkripsi tersebut. Regulasi enzim PEPCK merupakan merupakan regulasi hormon glukagon dan insulin, karena seperti telah dituliskan sebelumnya, keberadaan kedua hormon inilah yang menentukan jumlah dan aktivitas PEPCK dalam tubuh. Glukagon dan insulin secara umum berfungsi sebagai pengatur kadar glukosa dalam darah. Saat kadar glukosa dalam darah menurun hingga di bawah batas normal, pankreas menghasilkan glukagon yang memicu terbentuknya PEPCK. Dengan adanya enzim PEPCK, akan terjadi reaksi pembentukan fosfoenolpiruvat dan selanjutnya proses glukoneogenesis akan berjalan.
Saat kadar glukosa dalam darah telah melebihi batas normal, pankreas
menghasilkan insulin yang akan menginhibisi proses pembentukan PEPCK sehingga proses glukoneogenesis tidak akan berjalan lebih jauh.
Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa kombinasi jumlah hormon glukagon dan insulin akan menentukan jumlah enzim PEPCK yang disintesis. Selanjutnya, jumlah enzim PEPCK yang disintesis akan menentukan jumlah glukosa yang dihasilkan dalam tubuh. 6. Fruktosa -1,6-bisfosfatase Pada tahap ini perubahan fruktosa-1,6-bisfosfat menjadi fruktosa-6-fosfat melalui enzim kunci fruktosa-1,6-bisfosfatase diinhibisi oleh fruktosa-2,6-bisfosfat, AMP, dan sintesis kontrol hormonal.
Senyawa Fruktosa-2,6-bisfosfat merupakan inhibitor kompetitif.
Pengaruh inhibisi fruktosa-2,6-bisfosfat akan maksimum pada saat konsentrasi substrat kecil. Hal ini membuktikan bahwa fruktosa-2,6-bisfosfat merupakan inhibitor kompetitif. Proses inhibisi dapat terjadi karena enzim fruktosa-1,6-bisfosfatase bersifat alosterik, artinya enzim tersebut mempunyai sisi pengikatan untuk substrat (binding site) dan sisi pengikatan untuk afektor (afector site). AMP akan menginhibisi kerja fruktosa-1,6-bisfosfatase secara unkompetitif terhadap frukosa-1,6-bisfosfat pada keadaan tidak tersedia fruktosa-2,6-bisfosfat. Inhibisi ini akan bersifat nonkompetitif ketika terdapat frukosa-2,6-bisfosfat.
AMP tidak dapat berikatan
dengan enzim kecuali terdapat salah satu jenis senyawa fruktosa bisfosfat. Selain itu, terdapat aktivator dan inhibitor kerja enzim, yaitu hormon dengan metode transduksi sinyal. Transduksi sinyal menggunakan sistem messenger (pembawa). Messenger pertama yaitu hormon, terikat pada permukaan sel reseptor.
Pengikatan tersebut
menstimulasi produksi messenger kedua di dalam sel, misalnya cAMP. Mekanisme cAMPdependent signal transduction melibatkan tiga protein, yaitu: 1. hormon reseptor 2. adenylate cyclase 3. protein G, yang terdiri dari dua jenis : - Gs yang menstimulasi adenylate cyclase - Gi yang menginhibisi adenylate cyclase 7. Glukosa-6-fosfatase (G6Pase) G6Pase merupakan enzim yang mayoritas ditemukan dalam hati dan ginjal. Enzim ini terikat pada membran yang terhubung dengan retikulum endoplasma.
Enzim ini
mengkatalisis proses pengubahan glukosa-6-fosfat menjadi glukosa dengan dengan membentuk fosfoenzim intermediate. Persamaan reaksinya adalah sebagai berikut :
Glukosa-6-fosfat + H2O glukosa + Pi Reaksi katalisis ini didukung oleh adanya efek deterjen. Efek deterjen akan menstimulasi proses hidrolisis dari G6P sehingga reaksi berlangsung lebih cepat lagi. Inhibitor enzim G6Pase adalah glukosa yang berlaku sebagai inhibitor non-kompetitif. Senyawa ini tidak terganggu dengan kehadiran deterjen. Proses inhibisi menjadi kompetitif dengan kehadiran deterjen yang digunakan sebagai indikasi keberadaan Pi transporter . ENZIM YANG BERPERAN DALAM PROSES GLUKONEOGENESIS 1.
Glukosa-6-fosfatase (G6P ase)
Inhibitor : a)
Glukosa Glukosa berlaku sebagai inhibitor non-kompetitif dengan G6Pase dan tidak terganggu
dengan kehadiran deterjen.. Saat konsentrasi glukosa tinggi maka hal ini menandakan bahwa sel tidak memerlukan lagi proses glukoneogenesis untuk dihasilkan glukosa, sehingga proses perubahan G6P menjadi glukosa dihentikan. Sedangkan proses inhibisi oleh Pi merupakan inhibisi nonkompetitif dan berlangsung pada mikrosom. Akan tetapi, proses inhibisi menjadi kompetitif dengan kehadiran deterjen yang digunakan sebagai indikasi keberadan Pi transporter b)
Vanadat Vanadat, inhibitor umum dari fosfatase yang membentuk intermediate fosfoenzim,
menginhibisi fosfohidrolase dan aktifitas fosfotransferase dari G6P ase. Aktivator : Ketika glukosa 6-fosfat yang bertindak sebagai efektor positif menempati sisi efektor, helix akan berputar sebanyak 1 turn dan loop akan memendek dan enzim akan berubah konformasinya menjadi konformasi R. Pada saat enzim dalam konformasi R maka aktivitas enzim G6P ase dapat meningkat sehingga proses perubahan G6P menjadi glukosa dapat berlangsung cepat dan produk glukosa yang dihasilkan juga meningkat. 2.
Fruktosa-1,6-bifosfatase (F-1,6 BP ase) Fruktosa-1,6-bisfosfat + H2O
Inhibitor: a)
F-1,6- BP ase
Fruktosa-2,6-bisfosfat
Fruktosa-6-fosfat
Fruktosa-2,6-bisfosfat merupakan inhibitor kompetitif. Proses inhibisi dapat terjadi karena enzim fruktosa-1,6-bisfosfatase bersifat alosterik, artinya enzim tersebut mempunyai sisi pengikatan untuk substrat (binding site) dan sisi pengikatan untuk afektor. Fruktosa-2,6bisfosfat akan maksimum pada saat konsentrasi substrat kecil. Hal ini membuktikan bahwa Fruktosa-2,6-bisfosfat merupakan inhibitor kompetitif. b)
AMP Konsentrasi AMP dan ADP yang tinggi merupakan sinyal bahwa energi sel rendah.
ADP menginhibisi piruvat karboksilase dan fosfoenolpiruvat karboksilase sementara AMP menginhibisi fruktosa 1,6 bisfosfatase. Ketika tingkat energi rendah, glukoneogenesis diinhibisi sementara glikolisis diaktivasi. Inhibisi F-1,6-BP ase oleh AMP bersifat unkompetitif tetapi, bersifat nonkompetitif apabila F-2,6-BP tersedia. AMP tidak dapat berikatan dengan enzim kecuali dengan adanya salah satu dari senyawa fruktosa bisfosfat. Aktivator: Aktivasi F-1,6 BP ase dilakukan oleh hormon. Transduksi sinyal adalah penyampaian informasi dari luar sel kedalam sel. Mekanisme cAMP-dependent signal transduction melibatkan 3 protein: hormone reseptor, adenylate cyclase , protein G. Protein G dibutuhkan untuk aktivasi adenylate cyclase oleh -adrenergic agonists melalui interaksi dengan system reseptor yang mengaktivasi atau menginhibisi adenylate cyclase. 2 jenis protein G: 1. Gs yang menstimulasi adenylate cyclase 2. Gi yang menginhibisi adenylate cyclase Jalur sinyal transduksi meliputi :
Pengikatan hormon diluar sel pada reseptor, seperti reseptor adrenergic,
mengakibatkan
perubahan
konformasi
reseptor
yang
-
kemudian
menstimulasi interaksi dengan molekul terdekat dari Gs (protein G yang menstimulasi adenylate cyclase).
Stimulasi tersebut mengakibatkan pelepasan GDP untuk GTP. GDP akan terdisosiasi dari Gs dan digantikan dengan GTP.
Pergantian GDP dengan GTP dibantu oleh guanine nucleotide exchange factors (GEF). Gs diubah menjadi protein yang mengaktivasi adenylate cyclase, menghasilkan cAMP dari ATP.
Adanya pengaktivan cAMP-dependent protein kinase, menyebabkan fosforilasi protein-protein target, seperti PFK2 dan FBPase-2.
Langkah terkahir yaitu fosforilasi enzim-enzim target menghasilkan stimulasi atau inhibisi pada reaksi metabolisme. Aktivasi lanjutan Gs bergantung pada pelepasan GTP..
3.
Fosfoenolpiruvat karboksilase (PEPCK) Oksaloasetat + GTP
fosfoenolpiruvat karboksilase
fosfoenolpiruvat + GDP + CO2
Inhibitor : Ketika kadar glukosa dalam darah meningkat maka insulin akan menginhibisi kerja enzim PEPCK sehingga proses pembentukan glukosa menjadi semakin sedikit. Ketika kadar glukosa dalam darah rendah, maka glukagon akan menstimulasi proses pemecahan glikogen menjadi glukosa. Pada proses glukoneogenesis akan terjadi proses perubahan oksaloasetat menjadi fosfoenolpiruvat yang kemudian akan diproses lebih jauh lagi menjadi glukosa. Akan tetapi, ketika kadar glukosa dalam darah tinggi, maka pangkreas akan melakukan proses sekretasi hormon insulin untuk menginhibisi kerja enzim PEPCK. Akibatnya proses pembentukan fosfoenolpiruvat dari glukosa tidak terjadi. Jika proses pembentukan fosfoenolpiruvat tidak terjadi, maka proses glukoneogenesis tidak akan berlangsung sempurna. Proses ini berlangsung pada organ hati. Aktivator : Glukagon dihasilkan oleh kelenjar endokrin penghasil hormone ini, yaitu pada sel A pulau-pulau langerhans di pankreas. Glukagon ini menstimulasi proses transkripsi enzim PEPCK, jadi proses transkripsi PEPCK secara tidak langsung telah mengatur kecepatan dan waktu terjadinya proses glukoneogenesis. Semakin banyak proses transkripsi enzim PEPCK maka proses pembentukan glukosa akan menjadi semakin banyak dan cepat pula. Proses transkripsi enzim ini terjadi karena adanya respon tubuh terhadap kurangnya kadar glukosa dalam darah dan tubuh. Jadi pengendalian jumlah glukosa dapat dilakukan dalam proses ini. 4.
Piruvat Karboksilase 2 Piruvat + 2CO2+ 2ATP + 2H2O 2 oksaloasetat
Aktivator Enzim piruvat karboksilase menggunakan biotin sebagai gugus prostetik. Biotin dan lysine menjalin rantai samping sehingga gugus fungsi biotin dapat berpindah antara dua active-site. Piruvat karboksilase juga aktif secara allosterik oleh asetil Co-A. Pada saat glukoneogenesis berlangsung di hati, oksaloasetat dialihkan untuk membentuk glukosa (via
PEP). Kekurangan oksaloasetat menghalangi asetil CoA untuk masuk ke siklus Krebs. Hasilnya kenaikkan konsentrasi asetil CoA dapat mengativasi piruvat karboksilase untuk mensintesis oksaloasetat lebih banyak. Reaksi yang terjadi yaitu
Peran utama dari asetil CoA dalam reaksi tersebut adalah untuk memfasilitasi proses transfer gugus karboksi dari karboksifosfat ke biotin. Ketika asetil Co-A yang bertindak sebagai efektor positif menempati sisi efektor, helix akan berputar sebanyak 1 turn dan loop akan memendek dan enzim akan berubah konformasinya menjadi konformasi R. Pada saat enzim dalam konformasi R maka aktivitas enzim piruvat karboksilase dapat meningkat sehingga proses perubahan piruvat menjadi oksaloasetat dapat berlangsung cepat dan produk oksaloasetat yang dihasilkan juga meningkat. Asetil Co-A dalam jumlah berlebih menunjukkan bahwa keberadaan piruvat juga banyak. Dari persamaan reaksi di atas dapat dilihat bahwa ketika jumlah piruvat berlebih dan aktivitas enzim piruvat karboksilase meningkat maka produk oksaloasetat juga meningkat.
