MAKALAH BIOKIMIA I METABOLISME KARBOHIDRAT (Glikolisis dan Oksidasi Pyruvat)
Disusun Oleh : 1. Lusiana (A1C114013) 2. Dwi Astuti (A1C114014) 3. Septina Nurmartanati (A1C114015)
Dosen Pengampu : Dra. M Dwi Wiwik Ernawati, M.Kes. Drs. Haryanto, M.kes Dr. Yusnelti, M.Si.
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN KIMIA JURUSAN PENDIDIKAN METEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN (FKIP) UNIVERSITAS JAMBI 2016
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat ALLAH SWT, yang telah memberikan rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan Makalah yang berjudul “Metabolisme Karbohidrat” . Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada Ibu Dra. M. Dwi Wiwik E, M. Kes, Bapak Drs. Haryanto, M. Kes, dan Ibu Dr. Yusnelti,M.Pd selaku Dosen Pengampu matakuliah Biokimia I yang telah memberikan arahan, bimbingan, dan tema materi pokok bahasan yang akan didiskusikan. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada keluarga tercinta dan teman-teman yang telah memberikan doa, motivasi, saran dan kritik sehingga Makalah ini dapat terselesaikan. Makalah ini berisi tentang bagaimana proses metabolisme yang terjadi didalam tubuh kita, glikolisis dan oksidasi pyruvat, serta permasalahan-permasalahan metabolisme dalam kehidupan sehari-hari yang terkadang menjadi suatu hal yang membingungkan. Oleh karena itu, kita sebagai seorang saintis harus memberikan kebenaran dari permasalahan-permasalahan tentang materi metabolisme ini agar pembaca dapat lebih memahami dan dapat mengatur pola makannya dengan baik sehingga tercipta hidup yang sehat. Penulis menyadari Makalah ini masih banyak kekurangan baik dari segi penulisan maupun materi penyampaian. Dengan menyadari hal tersebut maka penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun untuk perbaikan selanjutnya. Namun demikian, penulis berharap Makalah ini dapat berguna dan bermanfaat dalam menambah wawasan dan pengetahuan bagi berbagai pihak yang membutuhkan. Atas perhatiannya, penulis mengucapkan terima kasih.
Jambi, Maret 2016
Penulis
DAFTAR ISI
Halaman KATA PENGANTAR............................................................................ DAFTAR ISI.......................................................................................... BAB I. PENDAHULUAN..................................................................... 1.1 Latar Belakang...................................................................... 1.2 Rumusan Masalah................................................................. 1.3 Tujuan.................................................................................... BAB II. PEMBAHASAN...................................................................... 2.1. Pengantar Metabolisme Karbohidrat...................................... 2.1.1. Pengertian Metabolisme.............................................. 2.1.2. Pengertian Karbohidrat............................................... 2.1.3. Fungsi Karbohidrat ................................................... 2.1.4. Klasifikasi Karbohidrat.............................................. 2.1.5. Proses Pencernaan dan Metabolisme Karbohidrat.... 2.2. Komponen Utama Metabolisme…………………………..... 2.2.1. Metabolisme Karbohidrat…………………………. . . 2.2.2. MetabolismeLemak………………………………..... 2.2.3. Metabolisme Protein……………………………….. . 2.3. Glikolisis…………………………………………………..... 2.3.1. Definisi Glikolisis………………………………….. . 2.3.2. Tahap-Tahap Reaksi Glikolisis…………………….... 2.3.3. Pembentukan ATP Berkaitan Glikolisis…………...... 2.3.4. Fasa-Fasa Glikolisis……………………………….... 2.4. Oksidasi Asam Piruvat…………………………………….... 2.4.1. Definisi Oksidasi Asam Piruvat……………………. . 2.4.2. Pengubahan Asam Piruvat Menjadi Asetil Ko-A….. . 2.4.3. Reaksi Oksidasi Asam Piruvat…………………….... 2.4.4. Reaksi Pembentukan Asam Laktat………………......
2.4.5. Perubahan Piruvat Menjadi Alkohol………………... BAB III. PENUTUP.............................................................................. 3.1 Kesimpulan............................................................................ 3.2 Saran……………………………………………………….. DAFTAR PUSTAKA.............................................................................
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Metabolisme adalah proses pengolahan (pembentukan dan penguraian) zat -zat yang diperlukan oleh tubuh agar tubuh dapat menjalankan fungsinya. Metabolisme juga dapat diartikan sebagai proses pengolahan pembentukan Anabolisme dan penguraian Katabolisme zat-zat yang diperlukan oleh tubuh untuk menjalankan fungsinya. Metabolisme merupakan totalitas proses kimia didalam tubuh. Metabolisme meliputi segala aktivitas hidup yang bertujuan agar sel tersebut mampu untuk tetap bertahan hidup, tumbuh, dan melakukan reproduksi. Semua sel penyusun tubuh makhluk hidup memerlukan energi agar proses kehidupan dapat berlangsung. Sel-sel menyimpan energi kimia dalam bentuk makanan kemudian mengubahnya dalam bentuk energi lain pada proses metabolisme. Metabolisme dibedakan atas anabolisme dan katabolisme. Anabolisme adalah pembentukan molekul-molekul besar dari molekul-molekul kecil. Misalnya pembentukan senyawa-senyawa seperti pati, selulosa, lemak, protein dan asam nukleat. Pada peristiwa anabolisme memerlukan masukan energi. Katabolisme adalah penguraian molekul-molekul besar menjadi molekul-molekul kecil, dan prosesnya melepaskan energi. Contoh : respirasi, yaitu proses oksidasi gula menjadi H2O dan CO Keterkaitan antara Anabolisme dan katabolisme. Karbohidrat menjadi salah satu komponen makanan yang kompleks. Komponen inilah yang menjadi salah satu bahan dalam proses metabolisme. Karbohidrat merupakan senyawa yang terbentuk dari molekul karbon, hidrogen dan oksigen. Senyawa biologis ini hanya terdapat dalam jumlah 1% dari keseluruhan tubuh manusia, diolah dalam tubuh sebagai bahan makanan, dicadangkan dalam bentuk glikogen dan digunakan sebagai bahan bakar sel, juga dibutuhkan dalam pembentukan tulang rawan. Sumber karbohidrat yang paling banyak berasal dari tumbuhan. Dalam proses untuk menghasilkan energi, semua jenis karbohidrat yang dikonsumsi akan masuk kedalam sistem pencernaan dan juga usus halus, terkonversi menjadi glukosa untuk kemudian di absorpsi oleh aliran darah dan ditempatkan ke berbagai organ dan jaringan tubuh. Molekul glukosa hasil konversi berbagai macam jenis karbohidrat inilah yang kemudian akan berfungsi sebagai dasar pembentukan energi di dalam tubuh. Melalui
berbagai tahapan dalam proses metabolisme, sel-sel yang terdapat di dalam tubuh dapat mengoksidasi glukosa menjadi CO & H2O dimana proses ini juga akan disertai dengan produksi energi. Glikolisis adalah urutan reaksi-reaksi yang mengkonversi glukosa menjadi piruvat bersamaan dengan produksi sejumlah ATP yang relatif kecil. Pada organism erob, glikolisis adalah pendahuluan daur asam sitrat dan rantai transfor electron, yang bersama-sama membebaskan sebagian besar energiyang tersimpan pada glukosa. Pada keadaan aerob, piruvat masuk mitokondria, tempat piruvat dioksidasi lengkap menjadi CO2 dan H2O. Jika penyediaan oksigen tidak mencukupi, seperti pada otot yang sedang aktif berkontraksi, piruvat dikonversi menjadi laktat. Pada keadaan anerob, ragi mentransformasi piruvat menjadi etanol. Pembentukan etanol dan laktat dari glukosa adalah contoh-contoh fermentasi. Penjelasan tentang glikolisis mempunyai riwayat panjang. Perkembangan biokimia dan penjabaran jalur utama ini berlangsung bersamaan.Penemuan kunci oleh Hans Buchner dan Eduard Buchner pada 1897 adalah secara kebetulan. Oleh karena itu, pada makalah ini akan membahasas lebih mendalam mengenai Metabolisme Karbohidrat karena Metabolisme adalah proses pengolahan (pembentukan dan penguraian) zat -zat yang diperlukan oleh tubuh agar tubuh dapat menjalankan fungsinya, dimana makalah ini menekankan proses yang dijalani yaitu glikolisis dan oksidasi asam piruvat.
1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang di atas, maka rumusan masalah makalah ini adalah sebagai berikut: 1. Apakah pengertian dari metabolism karbohidrat? 2. Apakah perbedaan anabolisme dan katabolisme? 3. Bagaimana proses glikolisis berlangsung? 4. Bagaimanakah proses reaksi oksidasi asam piruvat berlangsung? 5. Apakah hasildari proses glikolisis dan oksidasi asam piruvat? 1.3 Tujuan Adapun tujuan dari penulisan makalah ini adalah sebagai berikut: 1. Menjelaskan dan memahami pengertian metabolisme karbohidrat. 2. Menjelaskan dan memahami perbedaan anabolisme dan katabolisme.
3. Menjelaskan dan memahami proses reaksi glikolisis 4. Menjelaskan dan memahami proses reaksi oksidasi asam piruvat
BAB II PEMBAHASAN 2.1. Pengantar Metabolisme 2.1.1. Pengertian Metabolisme Metabolisme adalah proses kimiawi yang terjadi didalam makhluk hidup/sel. Metabolisme dapat dibagi menjadi 2 bagian: 1) Anabolisme. Adalah proses pembentukan molekul yang kompleks dengan menggunakn energi tinggi.
2) Katabolisme. Adalah proses pengurain zat untuk membebeskan energikimia yang tersimpan didalam senyawa.
2.1.2. Pengertian Karbohidrat Kata karbohidrat berasal dari kata karbon (C) dan air (H2O). Secara sederhana karbohidrat didefinisikan sebagai polimer sakar (polimer gula). Karbohidrat adalah senyawa karbon yang mengandung sejumlah besar gugus hidroksil (-OH). Karbohidrat paling sederhana bisa berupa aldehid (disebut polihidroksialdehid atau aldosa) atau berupa keton (disebut polihidroksiketon atau ketosa). Berdasarkan pengertian di atas berarti diketahui bahwa karbohidrat terdiri atas atom C, H dan O. Adapun rumus umum dari karbohidrat adalah: (C.H2O)n atau
CnH2nOn
2.1.3. Fungsi Karbohidrat Fungsi primer dari karbohidrat adalah sebagai cadangan energi jangka pendek (gula merupakan sumber energi). Fungsi sekunder dari karbohidrat adalah sebagai cadangan energi jangka menengah (pati untuk tumbuhan dan glikogen untuk hewan dan manusia). Fungsi lainnya adalah sebagai komponen struktural sel. 2.1.4. Klasifikasi Karbohidrat Karbohidrat dapat dikelompokkan menurut jumlah unit gula, ukuran dari rantai karbon, lokasi gugus karbonil (-C=O), serta stereokimia. Berdasarkan jumlah unit gula dalam rantai, karbohidrat digolongkan menjadi 4 golongan utama yaitu:
1) 2) 3) 4)
Monosakarida (terdiri atas 1 unit gula) Disakarida (terdiri atas 2 unit gula) Oligosakarida (terdiri atas 3-10 unit gula) Polisakarida (terdiri atas lebih dari 10 unit gula)
Pembentukan rantai karbohidrat menggunakan ikatan glikosida. Berdasarkan lokasi gugus –C=O, monosakarida digolongkan menjadi 2 yaitu: 1) Aldosa (berupa aldehid) 2) Ketosa (berupa keton) Klasifikasi karbohidrat menurut lokasi gugus karbonil. Berdasarkan jumlah atom C pada rantai, monosakarida digolongkan menjadi: 1) 2) 3) 4) 5) 6)
Triosa (tersusun atas 3 atom C) Tetrosa (tersusun atas 4 atom C) Pentosa (tersusun atas 5 atom C) Heksosa (tersusun atas 6 atom C) Heptosa (tersusun atas 7 atom C) Oktosa (tersusun atas 8 atom C)
Monosakarida-monosakarida penting Beberapa monosakarida penting bagi tubuh kita di antaranya adalah Dgliseraldehid, D-glukosa, D-fruktosa, D-galaktosa serta D-ribosa. 1. D-gliseraldehid (karbohidrat paling sederhana) Karbohidrat ini hanya memiliki 3 atom C (triosa), berupa aldehid (aldosa) sehingga dinamakan aldotriosa. 2. D-glukosa (karbohidrat terpenting dalam diet) Glukosa merupakan aldoheksosa, yang sering kita sebut sebagai dekstrosa, gula anggur ataupun gula darah. Gula ini terbanyak ditemukan di alam. 3. D-fruktosa (termanis dari semua gula) Gula ini berbeda dengan gula yang lain karena merupakan ketoheksosa. 4. D-galaktosa (bagian dari susu) Gula ini tidak ditemukan tersendiri pada sistem biologis, namun merupakan bagian dari disakarida laktosa. 5. D-ribosa (digunakan dalam pembentukan RNA) Karena merupakan penyusun kerangka RNA maka ribosa penting artinya bagi genetika bukan merupakan sumber energi. Jika atom C nomor 2 dari ribosa kehilangan atom O, maka akan menjadi deoksiribosa yang merupakan penyusuna kerangka DNA. 2.1.5. Proses Percenaan dan Metabolisme Karbohidrat
Tujuan akhir pencernaan dan absorpsi karbohidrat adalah mengubah karbohidrat menjadi ikatan-ikatan lebih kecil, terutama berupa glukosa dan fruktosa, sehingga dapat diserap oleh pembulu darah melalui dinding usus halus. Pencernaan karbohidrat kompleks dimulai di mulut dan berakhir di usus halus. Pencernaan karbohidrat : a. Mulut Pencernaan karbohidrat dimulai di mulut. Bola makanan yang diperoleh setelah makanan dikunyah bercampur dengan ludah yang mengandung enzim amilase (sebelumnya dikenal sebagai ptialin). Amilase menghidrolisis pati atau amilum menjadi bentuk karbohidrat lebih sederhana, yaitu dekstrin. Bila berada di mulut cukup lama, sebagian diubah menjadi disakarida maltosa. Enzim amilase ludah bekerja paling baik pada pH ludah yang bersifat netral. Bolus yang ditelan masuk ke dalam lambung. b. Usus Halus Pencernaan karbohidrat dilakukan oleh enzim-enzim disakarida yang dikeluarkan oleh sel-sel mukosa usus halus berupa maltase, sukrase, dan laktase. Hidrolisis disakarida oleh enzim-enzim ini terjadi di dalam mikrovili dan monosakarida yang dihasilkan adalah sebagai berikut :
Monosakarida glukosa, fruktosa, dan galaktosa kemudian diabsorpsi melalui sel epitel usus halus dan diangkut oleh sistem sirkulasi darah melalui vena porta. Bila konsentrasi monosakarida di dalam usus halus atau pada mukosa sel cukup tinggi,
absorpsi dilakukan secara pasif atau
fasilitatif. Tapi, bila konsentrasi turun, absorpsi dilakukan secara aktif melawan gradien konsentrasi dengan menggunakan energi dari ATP dan ion natrium. c. Usus Besar Dalam waktu 1-4 jam setelah selesai makan, pati nonkarbohidrat atau serat makanan dan sebagian kecil pati yang tidak dicernakan masuk ke dalam usus besar. Sisa-sisa pencernaan ini merupakan substrat potensial untuk difermentasi oleh mikroorganisma di dalam usus besar. Substrat potensial lain yang difermentasi adalah fruktosa, sorbitol, dan monomer lain
yang susah dicernakan, laktosa pada mereka yang kekurangan laktase, serta rafinosa, stakiosa, verbaskosa, dan fruktan. Produk utama fermentasi karbohidrat di dalam usus besar adalah karbondioksida, hidrogen, metan dan asam-asam lemak rantai pendek yang mudah menguap, seperti asam asetat, asam propionat dan asam butirat.
Sekilas Jalannya Metabolisme Karbohidrat Mulai Dari Sistem Pencernaan Sampai Pada Tahapan Glikolisis (Montgometri, 1993 : 587-590 2.2. Komponen Utama Metabolisme Dalam proses metabolisme terdapat tiga komponen utama, seperti pada gambar berikut: 2.2.1. Metabolisme karbohidrat
Metabolisme karbohidarat Pada proses pencernaan makanan, karbohidrat mengalami proses hidrolisis ( penguraian dengan menggunakan molekul air). Proses pencernaan karbohidrat terjadi dengan menguraikan polisakarida menjadi monosakarida. Ketika makan dikunyah, makan akan bercampur dengan air liur yang mengandung enzim ptialin ( suatu α
amilase yang disekresikan oleh kelenjer
parotis didalam mulut). Enzim ini menghidrolisis pati ( salah satu polisakarida) menjadi maltosa den gugus glukosa keci yang terdiri dari tiga sampai sembilan molekul glukosa. Makanan berada dimulut hanya dalam waktu yang singkat dan mungkin tidak lebih dari 2-5% dari pati yang telah dihidrolisis pada saat makan ditelan. Sekalipun makanan tidak berada cukup lama dalam mulut untuk dipecah oleh ptialin menjadi maltosa, tetapi kerja ptialin dapat berlangsung terus-menerus selama 1 jam setelah makan memasuki lambung, yaitu sampai isi lambung bercampur dengan zat yang sekresikan oleh lambung. Selanjutny aktifitas ptialin dari air liur dihambat oleh zat asam yang disekresikan oleh lambung. Hal ini dikarenakan ptialin merupakan enzim amilase yang tidak aktif saat PH medium turunn dibawah 4. Setelah makanan dikosongkan dari lambung dan dan masuk ke duodenum ( usus dua belas jari), makanan kemudian bercampur dengan getah pankreas. Pati yang belum dipecah akan dicerna oleh amilase yang diperoleh dari sekresi pankreas. Sekresi pankreas ini mengandung α
amilase yang fungsinya sama dengan α
amilase pada air liur, yaitu memecah pati menjadi maltosa dan polimer glukosa kecil lainnya. Namun, pati padaumumnya hampir sepenuhnya diubah menjadi maltosa dan polimer glukosa kecil lainnya sebelum melewati lambung. Hasil akhir dari proses pencernaan adalah glukosa, fruktosa, glaktosa, manosa dan monosakarida lainnya.senyawa-senyawa tersebut kemudian diabsorpsi melalui dinding usus dan dibawa kehati oleh darah. 2.2.2. Metabolisme Lemak/Lipid
Metabolisme Lemak
Pencernaan makanan tidak terjadi dimulut dan lambung karena ditempat tersebut tidak terdapat enzim lipase yang dapat menghhidrolisis atau memecah lemak. Pencernaan lemak terjadi didalam usus, karena usus mengandung lipase. Lemak keluar dari lambung masuk kedalam usus sehingga merangsang hormon kolesistokinin. Hormon kolesistokinin menyebabkan kantung empedu berkontraksi sehingga mengeluarkan cairan empedu kedalam duodenum (usus dua belas jari). Empedu mengandung garam empedu yang memegang peranan penting dalam mengemulsikan lemak. Emulsi lemak merupakan pemecahan lemak yang berukuran besar menjadi butiran lemak yang berukuran lebih kecil. Ukuran lemak yang lebih kecil (trigliserida) yang teremulsi akan memudahkan hidrolisis lemak oleh lipase yang dihasilkan olek pankreas. Lipase pankreas akan menghdolisis lemak teremulsi menjadi campuran asam lemak dan monogliserida (gliserida tunggal). Pengeluaran cairan pankreas dirancang oleh hormon sekretin yang berperan dalam meningkatkan jumlah elektrolit (senyawa penghantar listrik) dan cairan pankreas, serta pankreoenzim yang berperan untuk merangsang pengeluaran enzim-enzim dalam cairan pankreas. Absorpsi hasil pencernaan lemak sebagian besar 70% terjadi diusus halus. Pada waktu asam lemak dan monogliserida di absorpsi melalui sel-sel mukosa pada dinding usus, keduanya diubah kembali menjadi lemak (trigliserida dengan bentuk partikel-partikel kecil (jaringan lemak). Saat dibutuhkan, timbunan lemak akan diangkut menuju hati. 2.2.3. Metabolisme Protein
Metabolisme lemah/lipid
Protein dalam makanan hampir sebagian besar berasal dari daging dan sayursayuran. Protein dicerna dilambung oleh enzim pepsin, yang aktif pada PH 2-3 ( suasana asam ). Pepsin mampu mencerna semua jenis protein yang berada dalam makanan. Salah satu hal penting dari pencernaan yang dilakukan pepsin adalah kemampuannya untuk mencerna kolagen. Kolagen merupakan bahan dasar utama jaringan ikat pada kulit dan tulang rawan. Pepsin memuai proses pencernaan protein. Proses pencernaan yang dilakukan pepsin meliputi 10-30% dari pencernaan protein total. Pemecahan protein ini adalah proses hidrolisis yang terjadi pada rantai polipeptida. Sebagian besar proses pencernaan protein terjadi diusus. Ketika protein meninggalkan lambung, biasanya protein dalam bentuk proteosa, pepton, dan polipeptida besar. Setelah memasuki usus, produk-produk yang telah dipecah sebagian besar akan bercampur dengan enzim pankreas dibawah pengaruh enzim proteolitik, seperti tripsin, kimotripsin dan peptidase, baik tripsin maupun kimotripsin memecah molekul protein menjadi polipeptida kecil. Peptidase kemudian akan melepas asam-asam amino. Asam amino yang terdapat dalam darah berasal dari tiga sumber, yaitu penyerapan melalui dinding usul, hasil penguraian protein dalam sel, dan hasil sintesis asam amino terdapat didalam sel. Asam amino yang disintesis dalam sel maupun yang dihasilkan dari proses penguraian protein dalam hati dibawa oleh darah untuk digunakan didalam jaringan. Dalam hal ini hati berfungsi sebagai pengatur konsentrasi asam amino dalam darah. Kelebihan protein tidak disimpan dalam tubuh, melainkan akan dirombah didalam hati menjadi senyawa yang mengandung unsur N, seperti NH 3 (amonia) dan NH4OH (amonium hidroksida), serta senyawa yang tidak mengandung unsur N. Senyawa yang mengandung unsur N akan disintesis menjadi urea. Pembentukkan urea berlanggsung didalam hati karena hanya sel-sel hati yang dapat menghasilkan enzim arginase. Urea yang dihasilkan tidak dibutuhkan oleh tubuh, sehingga diangkut bersama za-zat lainnya menuju ginjal, lalu dikeluarkan melalui urin. Sebaliknya, senyawa yang tidak mengandung unsur N akan disintesis kembali menjadi bahan
baku karbohidrat dan lemak, sehingga dapat dioksidasi didalam tubuh untuk menghasilkan energi.
2.3. Glikolisis 2.3.1. Definisi Glikolisis Metabolisme karbohidrat pada manusia terbagi menjadi 3 bagian, yaitu 1) Glikolisis, yaitu oksidasi 1 molekul glukosa atau glikogen menjadi 2 molukul piruvat dengan jalan Embden Mayerhoff 2) Glikogenesis, yaitu sintesa atau pembentukan glikogen dari glukosa 3) Glikogenolisis, yaitu katabolisme atau pemecahan glikogen menjadi glukosa Glikolisis yaitu jalur utama metabolisme glukosa dan glikolisis berlangsung di dalam sitosol semua sel.Jalur ini unik karena dapat berfungsi baik dalam keadaan aerob maupun an aerob . Ada dua proses dari glikolisis, yaitu 1) Glikolisis anaerob, dimana jalur oksidasi ini berlangsung tanpa oksigen. Contohnya bila otot berkontraksi pada medium tanpa oksigen maka glikogen akan dipecah menghasilkan Piruvat dan Laktat. Hasil akhirnya adalah Glukosa + 2 ADP + 2 Pi 2 Laktat + 2 ATP + 2 H2O 2) Glikolisis aerobs, dimana bila dalam suasana aerob maka glikogen muncul di otot, dan laktat menghilang. Piruvat dioksidasi menjadi CO2 dan H2O. Hasil akhirnya adalah Glukosa + 2ADP + 2 Pi + 2 NAD+ 2 Piruvat + 4 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H2O Glikolisis merupakan jalur utama metabolisme glukosa agar terbentuk asam piruvat, dan selanjutnya asetil-KoA untuk dioksidasi dalam siklus asam sitrat (Siklus
Kreb’s). Selain itu glikolisis juga menjadi lintasan utama metabolisme fruktosa dan galaktosa. Keseluruhan persamaan reaksi untuk glikolisis yang menghasilkan laktat adalah: Glukosa + 2ADP +2Pi 2L
(+)-Laktat +2ATP +2H2O
Lintasan detail glikolisis (dipetik dari: Murray dkk. Biokimia Harper) Secara rinci, tahap-tahap dalam lintasan glikolisis adalah sebagai berikut (pada setiap
tahap, lihat dan hubungkan dengan Gambar Lintasan detail metabolisme karbohidrat): 2.3.2. Tahap-Tahap Reaksi Glikolisis Reaksi glikolisis terdiri atas 2 fase, yaitu 1) Fase investasi Energi pada lima reaksi pertama, dimana terpakai 2 ATP 2) Fase membentuk energy pada lima reaksi terakhir, dimana menghasilkan energy atau ATP(Biokimia Kedokteran Universitas Sriwijaya,2012) 1. Glukosa masuk lintasan glikolisis melalui fosforilasi menjadi glukosa-6 fosfat dengan dikatalisir oleh enzim heksokinase atau glukokinase pada sel parenkim hati dan sel Pulau Langerhans pancreas. Proses ini memerlukan ATP sebagai donor fosfat. ATP bereaksi sebagai kompleks Mg-ATP. Terminal fosfat berenergi tinggi pada ATP digunakan, sehingga hasilnya adalah ADP. (-1P) Reaksi ini disertai kehilangan energi bebas dalam jumlah besar berupa kalor, sehingga dalam kondisi fisiologis dianggap irrevesibel. Heksokinase dihambat secara alosterik oleh produk reaksi glukosa 6-fosfat. Di jaringan selain hati (dan sel pulau-beta pancreas), persediaan glukosa untuk glikolisis (atau sintesis glikogen di otot dan lipogenesis di jaringan adipose) dikontrol oleh transport kedalam sel yang selanjutnya di aturoleh insulin.
Mg2+ Glukosa + ATP
glukosa 6-fosfat + ADP
2. Glukosa 6-fosfat adalah suatu senyawa penting yang berada di pertemuan beberapa jalur metabolik : glikolisis, gluconeogenesis, jalur pentose posfat, glikogenesia, dan glikogenolisis. Pada glikolisis senyawa ini diubah menjadi Fruktosa 6-fosfat dengan bantuan enzim fosfoheksosa isomerase dalam suatu reaksi isomerasi aldosa-ketosa. Enzim ini hanya bekerja pada anomer α-glukosa 6-fosfat.
α-D-glukosa 6-fosfat
α-D-fruktosa 6-fosfat
3. Fruktosa 6-fosfat diubah menjadi Fruktosa 1,6-bifosfat dengan bantuan enzim fosfofruktokinase. Fosfofruktokinase merupakan enzim yang bersifat alosterik sekaligus bisa diinduksi, sehingga berperan penting dalam laju glikolisis. Dalam kondisi fisiologis tahap ini bisa dianggap irreversible. Reaksi ini memerlukan ATP sebagai donor fosfat, sehingga hasilnya adalah ADP.(-1P)
fosfofruktokinase α-D-fruktosa 6-fosfat + ATP D-fruktosa 1,6-bifosfat 4. Fruktosa 1,6-bifosfat dipecah oleh enzim aldose (frktosa 1,6-bisfosfat aldolase) menjadi 2 senyawa triosa fosfat yaitu gliserahdehid 3-fosfat dan dihidroksi aseton fosfat. D-fruktosa 1,6-bifosfat
D-gliseraldehid 3-fosfat + dihidroksiaseton fosfat
5. Gliseraldehid 3-fosfat dapat berubah menjadi dihidroksi aseton fosfat dan sebaliknya (reaksi interkonversi) atau saling terkonversi. Reaksi bolak-balik ini mendapatkan katalisator enzim fosfotriosa isomerase. fosfotriosa isomerase D-gliseraldehid 3-fosfat dihidroksiaseton fosfat
6. Glikolisis berlanjut dengan oksidasi Gliseraldehid 3-fosfat menjadi 1,3bifosfogliserat.
Enzim
gliseraldehida
3-fosfat
yang
mengkatalis
dehydrogenase
reaksi yang
oksidasi bersifat
ini
yaitu
independen-
NAD.Senyawa dihidroksi aseton fosfat juga dioksidasi menjadi 1,3bifosfogliserat melewati gliseraldehid 3-fosfat.
D-gliseraldehid 3-fosfat + NAD+ + Pi 1,3-bifosfogliserat + NADH + H +
Enzim yang bertanggung jawab terhadap oksidasi di atas adalah gliseraldehid 3-fosfat dehidrogenase, suatu enzim yang bergantung kepada NAD. Atom-atom hydrogen yang dikeluarkan dari proses oksidasi ini dipindahkan kepada NAD+ yang terikat pada enzim. 7. Energi yang dihasilkan dalam proses oksidasi disimpan melalui pembentukan ikatan sulfur berenergi tinggi, setelah fosforolisis, sebuah gugus fosfat berenergi tinggi dalam posisi 1 senyawa 1,3 bifosfogliserat. Fosfat berenergi tinggi ini ditangkap menjadi ATP dalam reaksi lebih lanjut dengan ADP, yang dikatalisir oleh enzim fosfogliserat kinase. Senyawa sisa yang dihasilkan adalah 3fosfogliserat.
fosfogliseratkinase 1,3-bifosfogliserat + ADP 3-fosfogliserat + ATP Karena setiap molekul glukosa yang mengalami glikolisis dihasilkan dua molekul triosafosfat, pada tahap ini dihasilkan dua molekul ATP per molekul glukosa dan mengalami glikolisis. Catatan: Dua molekul 1,3-bifosfogliserat, maka energi yang dihasilkan adalah 2 x 1P = 2P. (+2P)
8. 3-fosfogliserat mengalami isomerasi menjadi 2-fosfogliserat dengan dikatalisir oleh enzim fosfogliserat mutase. Senyawa 2,3-bifosfogliserat (difosfogliserat, DPG) merupakan intermediate atau zat antara dalam reaksi ini. Fosfogliseratmutase 3-fosfogliserat
2-fosfogliserat
9. 2-fosfogliserat diubah menjadi fosfoenol piruvat (PEP) dengan bantuan enzim enolase. Enolase dihambat oleh flourida dan jika pengambilan sampel darah untuk mengukur glukosa dilakukan, tabung penambung darah tersebut diisi oleh flourida untuk menhambat glikolisis.Reaksi ini melibatkan dehidrasi serta pendistribusian kembali energi di dalam molekul, menaikkan valensi fosfat dari posisi 2 ke status berenergi tinggi. Enolase dihambat oleh fluoride, suatu unsure yang dapat digunakan jika glikolisis di dalam darah perlu dicegah sebelum kadar glukosa darah diperiksa. Enzim ini bergantung pada keberadaan Mg 2+ atau Mn2+. enolase 2-fosfogliserat
fosfoenol piruvat + H2O
10. Fosfat berenergi tinggi fosfoenolpiruvat dipindahkan pada ADP oleh enzim piruvat kinase sehingga membentuk dua molekul ATP per satu molekul
glukosa yang dioksidasi. Enol piruvat yang terbentuk dalam reaksi ini mengalami konversi spontan menjadi keto piruvat. Reaksi ini disertai kehilangan energi bebas dalam jumlah besar sebagai panas dan secara fisiologis adalah irreversible. Piruvat kinase Fosfoenol piruvat + ADP piruvat + ATP
Catatan: Karena ada 2 molekul PEP maka terbentuk 2 molekul enol piruvat sehingga total hasil energi pada tahap ini adalah 2 x 1P = 2P. (+2P) 11. Jika keadaan bersifat anaerob (tak tersedia oksigen), reoksidasi NADH melalui pemindahan sejumlah unsure ekuivalen pereduksi akan dicegah. Piruvat akan direduksi oleh NADH menjadi laktat. Reaksi ini dikatalisir oleh enzim laktat dehidrogenase. Laktatdehidrogenase Piruvat + NADH + H+ L(+)-Laktat + NAD+
Dalam keadaan aerob, piruvat diambil oleh mitokondria, dan setelah konversi menjadi asetil-KoA, akan dioksidasi menjadi CO2 melalui siklus asam sitrat (Siklus Kreb’s). Ekuivalen pereduksi dari reaksi NADH + H+ yang terbentuk dalam glikolisis akan diambil oleh mitokondria untuk oksidasi melalui salah satu dari reaksi ulang alik (shuttle). (sumberMurray dkk. Biokimia Harper, :158-161)
2.3.3. Pembentukan ATP berkaitan Glikolisis Selama glikolisis, banyak energi bebas yang diberikan oleh molekul glukosa yang disimpan dalam bentuk ATP. Hal ini mudah diperlihatkan jika kita menuliskan semua persamaan kesimbangan bagi glikolisis anaerobic yang terjadi dalam otot kerangka yang amat aktif: Glukosa + 2Pi + 2ADP 2 laktat- + 2 ATP+ NADH + 2H2O Jadi, bagi setiap molekul glukosa yang terurai, dua molekul ATP dihasilkan dari ADP dan Pi. 2.3.4. Fasa-Fasa Glikolisis a. Fase Pertama Glikolisis Mengakibatkan Pemotongan Rantai Heksosa 1) Fosforilasi Glukosa Pada tahap pertama, molekul D-glukosa diaktifkan bagi reaksi berikutnya dengan fosforilasi pada posisi 6, menghasilkan glukosa 6-fosfat dengan memanfaatkan ATP. Reaksi ini dikatalis oleh heksokinase. ATP diperlukan sebagai donor fosfat dan bereaksi sebagai kompleks Mg-ATP. Satu fosfat berenergi tinggi digunakan, sehingga hasilnya adalah ADP. (-1P). Heksokinase adalah enzim pengatur, dengan glukosa 6-fosfat sebagai produk reaksi, dan sekaligus sebagai inhibitor (penghambat) alosterik. Setiap terjadi kenaikan konsentrasi glukosa 6- fosfat didalam sel diatas konsentrasi normalnya, molekul ini menghambat heksokinase secara dapat balik dan dalam waktu sementara, sehingga kecepatan pembentukan glukosa 6-fosfat menjadi seimbang dengan kecepatan penggunaannya. Didalam hati terdapat bentuk lain yang dinamakan glukokinase, yang tidak ditemukan di jaringan lain. Glukokinase berbeda dari isozim heksokinase dalam tiga hal: -
enzim ini spesifik bagi D-glukosa dan tidak bekerja terhadap heksosa lain
-
enzim ini tidak dihambat oleh glukosa 6-fosfat
-
glukokinase memiliki Km bagi glukosa yang aktif bekerja jika glukosa didalam darah meningkat, yaitu setelah mengkonsumsi makanan yang kaya akan gula. Pada kondisi ini glukokinase hati bekerja pada kelebihan glukosa darah untuk mengubahnya mengubahnya menjadi glukosa 6-fosfat dan menyimpannya sebagai glikogen di hati.
Dalam keadaan sebelum makan kadar gula darah sekitar 5 mmol/L. Sesudah makan dan peningkatan kadar gula yang meningggi menjadi 7 sampai 10 mmol/L, glukokinase menjadi efektif (Km = 1 x 10 -2 mol/L glukosa). Bila kadar glukosa darah menurun, sumbangan glukokinase pada mekanisme homeostatis mengurang. Mg2+ -D-Glukosa + ATP4--D-glukosa 6-fosfat2- + ADP3+ + H+ ∆Go’ = -4,0 kkal/mol H C
O
H
C
OH
HO
C
H
H
C
OH
H
C
CH2OH H OH
H OH H
O
H
H
OH ATP
OH
OH
Mg2+ CH
2
ADP
O
PO 32-
Heksokinase, glukokinase
-D-Glukosa
D-Glukosa 6-fosfat
2) Pengubahan Glukosa 6-Fosfat Fosfoglukoisomerase, yang telah diisolasi dalam bentuk murni dari jaringan otot, mengkatalisa isomerasi dapat balik senyawa glukosa 6-fosfat, yang merupakan suatu aldosa, menghasilkan fruktosa 6-fosfat. Fosfoglukoisomerase memerlukan Mg2+ dan bersifat spesifik bagi glukosa 6-fosfat dan fruktosa 6fosfat. Mg2+ -D-glukosa 6-fosfat -D-fruktosa 6-fosfat ∆Go’= +0,4 kkal/mol
H
CH2OH
C
O
H
C
OH
HO
C
H
H
C
OH
H
C
OH
CH2
O
C
O
HO
C
H
H
C
OH
H
C
OH
fosfoglukoisomeras e
CH2
PO32-
D-Glukosa 6-fosfat
O
PO32-
D-Fruktosa 6-fosfat
3) Fosforilasi Fruktosa 6-fosfat menjadi Fruktosa 1,6-Difosfat Fosfofruktokinase yang memerlukan Mg2+, mengkatalisis pemindahan gugus fosfat dari ATP ke senyawa D-fruktosa 6-fosfat pada posisi 1, menghasilkan fruktosa 1,6difosfat. ATP menjadi donor fosfat, sehingga hasilnya adalah ADP.(-1P). Fosfofruktokinase, seperti heksokinase merupakan enzim pengatur, dan salah satu enzim yang paling kompleks. Enzim ini merupakan pengatur utama pada glikolisis otot. Aktivitas fosfofruktokinase dipercepat jika cadangan ATP sel berkurang atau jika kelebihan produk pemecahan ATP, yaitu ADP dan AMP, terutama kelebihan AMP. Mg2+ D-fruktosa 6-fosfat + ATP
D-fruktosa 1,6-bifosfat + ADP + H+ ∆Go’= -3,40 kkal/mol
CH2OH
CH2
C
C
O
HO
C
H
H
C
OH
H
ADPC
OH
HO
C
H
H
C
OH
H
C
OH ATP
CH2
O
Mg2+ PO32-
CH2
O
O
PO32-
PO32-
fosfofruktokinase
D-Fruktosa 6-fosfat 4) Penguraian Fruktosa 1,6-difosfat
D-Fruktosa 1,6-Difosfat
Reaksi ini dikatalis oleh enzim aldolase fruktosa difosfat, yang juga disebut aldolase. Fruktosa 1,6-difosfat diuraikan secara dapat balik, menghasilkan dua triosa
fosfat
yang
berbeda,
gliseraldehida
3-fosfat
suatu
aldolase
dan
dihidroksiaseton fosfat, suatu ketosa. Aldolase jaringan hewan tidak memerlukan Mg2+, tetapi banyak mikroorganisme, aldolase adalah enzim yang mengandung Zn2+. D-fruktosa 1,6-bifosfat D-gliseraldehid 3-fosfat + dihidroksiaseton fosfat ∆Go’= +5,75 kkal/mol CH2 C
O
H2C
HO
C
H
H
C
OH
H
C
OH
CH2
PO32-
O
Fruktosa difosfat aldolase
C
D-Fruktosa 1,6-Difosfat
H
PO32-
O
H
CH2OH
PO32-
O
O
C
O
C
OH
H2C
+
O
PO32-
Dihidroksiaseton fosfat D-Gliseraldehida 3-fosfat
5) Interkonversi Triosa Fosfat Hanya satu diantara dua triosa fosfat yang dibentuk oleh aldolase, yaitu gliseraldehida 3-fosfat, yang dapat langsung diuraikan pada tahap reaksi glikolisis berikutnya. Tetapi dihidroksiaseto fosfat berubah dengan cepat dan dalam reaksi dapat balik terubah menjadi gliseraldehida 3-fosfat oleh enzim isomerase triosa fosfat. dihidroksiaseton fosfat D-gliseraldehid 3-fosfat
∆Go’= +1,83 kkal/mol
H
H2C C
O O
PO32-
Triosa fosfat isomerase
CH2OH
Dihidroksiaseton fosfat
H
C
O
C
OH
H2C
O
PO32-
D-Gliseraldehida 3-fosfat
b. Fase kedua glikolisis merupakan reaksi penyimpan energi
Fase kedua glikolisis mengandung tahap-tahap fosforilasi penyimpan energi. Energi bebas dari molekul glukosa disimpan dalam bentuk ATP. Karena satu molekul glukosa menghasilkan dua gliseraldehid 3-fosfat, kedua bagian molekul glukosa menjalani lintas yang sama pada fase kedua glikolisis ini. Penyimpanan dua molekul gliseraldehid 3-fosfat menjadi dua molekul piruvat diikuti oleh pembentukan empat molekul ATP dari ADP. Namun demikian, hasil bersih ATP dari molekul glukosa berkurang menjadi hanya dua, karena terdapat dua molekul ATP yang dipergunakan pada fase pertama glikolisis untuk melakukan fosforilasi kedua ujung molekul heksosa. 1) Oksidasi Gliseraldehid 3-fosfat menjadi 3-fosfogliseroil fosfat Reaksi ini adalah reaksi glikolisis penyimpan energi kedua yang membentuk ATP. Enzim yang mengkatalisa tahap ini adalah dehidrogenase gliseraldehid fosfat. Pada reaksi kompleks ini, gugus aldehida pada D-gliseraldehida 3-fosfat mengalami dehidrogenasi, menjadi suatu anhidrida karboksilat dengan asam fosfat, 3-fosfogliseroil fosfat. D-gliseraldehid 3-fosfat + NAD+ + Pi 3-fosfogliseroil fosfat + NADH + H+ ∆Go’= +1,5 kkal/mol
H
H2C
O
C
OH
C
H
PO32-
H2C
O
C
OH
H
C
O
PO32-
Pi PO 2-NAD+ 3
NADH + H
+
O
D-gliseraldehida fosfat
D-gliseraldehida 3-fosfat
3-fosfogliseroil fosfat
Senyawa penerima hidrogen pada reaksi dehidrogenase gliseral dehida fosfat adalah koenzim NAD+ yaitu, bentuk teroksidasi dari nikotinamida adenin dinukleotida yang mengandung vitamin nikotin amida. Atom-atom hidrogen yang dikeluarkan dari proses oksidasi ini dipindahkan kepada NAD + yang terikat pada enzim. Pada rantai respirasi mitokondria akan dihasilkan tiga fosfat berenergi tinggi. (+3P)
Catatan: Karena fruktosa 1,6-bifosfat yang memiliki 6 atom C dipecah menjadi Gliseraldehid 3-fosfat dan dihidroksi aseton fosfat yang masing-masing memiliki 3 atom C, dengan demikian terbentuk 2 molekul gula yang masingmasing beratom C tiga (triosa). Jika molekul dihidroksiaseton fosfat juga berubah menjadi 1,3-bifosfogliserat, maka dari 1 molekul glukosa pada bagian awal, sampai dengan tahap ini akan menghasilkan 2 x 3P = 6P. (+6P) 2) Pemindahan Fosfat dari 3-fosfogliseroil fosfat ke ADP Enzim kinase fosfogliserat memindahkan gugus fosfat berenergi tinggi dari gugus karboksil 3-fosfogliseroil fosfat ke ADP, jadi membentuk ATP dan 3-fosfogliserat. Mg2+ 3-fosfogliseroil fosfat + ADP
3-fosfogliserat + ATP ∆Go’= -4,50 kkal/mol
H
PO32-
H2C
O
C
OH
C
PO32-
H
ATP
O
3-fosfogliseroil fosfat
Mg2+
fosfogliserat kinase
ADP
H2C
O
C
OH
PO32-
COO-
3-fosfogliserat
Karena ada dua molekul 1,3-bifosfogliserat, maka energi yang dihasilkan adalah 2 x 1P = 2P. (+2P) 3) Pengubahan 3-Fosfogliserat Menjadi 2-Fosfogliserat Reaksi ini, yang melibatkan pergeseran dapat balik gugus fosfat didalam molekul substrat, dikatalisis oleh enzim fosfogliserat mutase. Mg2+ diperlukan dalam reaksi ini, yang melibatkan pemindahan gugus fosfat dari posisi 3 ke posisi 2 molekul gliserat. Mg2+ 3-fosfogliserat
2-fosfogliserat ∆Go’= +1,06 kkal/mol
H
PO32-
H2C
O
C
OH
CH2OH Mg2+
H
COO-
C
O
PO32-
COO-
Fosfogliserat mutase
3-fosfogliserat
2-fosfogliserat
4) Dehidrasi 2-fosfogliserat menjadi fosfoenolpiruvat Dehidrasi 2-fosfogliserat dikatalisa oleh enolase, yang menyebabkan pemindahan dapat balik molekul air dari 2-fosfogliserat menghasilkan fosfoenolpiruvat. Enolase memerlukan Mg2+, yang membentuk kompleks dengan enzim sebelum terjadi pengikatan substrat. Mg2+ 2-fosfogliserat
fosfoenol piruvat + H2O
CH2
CH2OH H
C
O
PO32-
C
Mg2+
O
PO32-
COO-
COO-
2-fosfogliserat
∆Go’= +0,44 kkal/mol
Enolas e
Fosfoenolpiruvat
5) Pemindahan gugus fosfat dari fosfoenolpiruvat ke ADP Tahap terakhir pada glikolisis ialah pemindahan gugus fosfat berenergi tinggi dari fosfoenolpiruvat ke ADP, yang dikatalisa oleh kinase piruvat. Pada reaksi ini, produk piruvat muncul dalam bentuk enolnya. Akan tetapi, bentuk enol piruvat dengan cepat dan secara non enzimatik tersusun kembali menghasilkan bentuk keto, yang merupakan bentuk piruvat utama. Mg+, K+ Fosfoenol piruvat + ADP + H+
Ketopiruvat + ATP ∆Go’= -7,5 kkal/mol
CH2 C
O
PO32-
COO-
ADP
Mg2+, K+
CH3
ATP
Piruvat kinase
C
O
COO -
Fosfoenolpiruvat
Piruvat
Karena ada 2 molekul PEP maka terbentuk 2 molekul enol piruvat sehingga total hasil energi pada tahap ini adalah 2 x 1P = 2P. (+2P) (Lehninger, 1982 : 73-94) Secara umum semua proses glikolisis digambarkan: Glukosa + 2 ATP + 2ADP + 2 PO4 + 2 NAD+ 10 enzim
2piruvate + 2 NADH + 2 H2O + 4 ATP 2.4. Oksidasi Asam Piruvat 2.4.1. Defenisi Oksidasi Piruvat Piruvat adalah suatu senyawa kimia yang penting dalam biokimia. Senyawa ini merupakan hasil metabolisme glukosa yang disebut glukolisis. Sebuah molekul glukosa terpecah menjadi dua molekul menjadi asam piruvat, yang kemudian digunakan untuk menghasilkan energi. Jika tersedia cukup oksigen,maka asam piruvat diubah menjadi asetil KoA, yang kemudian diproses dalam siklus krebs. Piruvat juga dapat diubah menjadi oksaloasetat melalui reaksi anaploretik yang kemudian dipecah menjadi molekul-molekul karbondioksida. Nama siklus ini diambil dari ahli biokima Hans Adolf Krebs, pemenang hadiah Nobel 1953 bidang fisiologi, karena ia berhasil mengidentifikasi siklus tersebut. Jika tidak tersedia cukup oksigen, asam piruvat dipecah secara aneriobik menghasilkan asam laktat pada hewan dan manusia, atau etanol terhadap tumbuhan. Piruvat diubah menjadi laktat menggunakan enzim laktat dehidroginase dan koenzim NADH melalui fermentasi alkohol. Asam piruvat dapat juga diubah menjadi karbohidrat melalui glikoneogenesis, menjadi asam lemak atau energi melalui asetil-KoA, menjadi
asam amino alanin dan juga menjadi etanol. Turunan asam piruvat, 3-bromopiruvat telah dipelajari untuk pengobatan kanker. 2.4.2. Pengubahan Asam Piruvat Menjadi asetil KoA Dalam jalur ini, piruvat dioksidasi (dekarboksilasi oksidatif) menjadi Asetil-KoA, yang terjadi didalam mitokondria sel. Pengubahan asam piruvat menjadi asetil KoA melibatkan berbagai enzim dan koenzim yang berkelompok secara teratur yang disebut Kompleks Piruvat Dehidrogenase. Piruvat mengalami dekarboksilasi oksidatif, yaitu suatu proses dihidrogenasi yang melibatkan pemindahan gugus karboksil sebagai molekul CO2 dan gugus asetil sebagai asetil KoA. Kedua atom hidrogen yang dilepaskan dari piruvat muncul sebagai NADH dan H+ . NADH yang terbentuk ini lalu memberikan elektronnya kepada transfor elektron (Lehninger,1982:115-116) Rekasi yang dikatalis oleh kompleks piruvat dehidrogenase dalam matriks mitokondria melibatkan 3 macam enzim yaitu enzim piruvat dehidrogenase (E1), enzim dihodrolifoil transaselitase (E2), enzim dehidrolipoil dehidrogenase (E3). Terdapat Tiamin pirofosfat (TPP), Flavin adenin dinukleotida (FAD), Koenzim A, Nikotinamida adenin dinukleotida, Asam lipoat.
Gambar piruvat menjadi asetil KoA
Pada reaksi dekarboksilase asam piruvat melibatkan kerja 3 enzim yang berbeda secara berurutan yaitu: 1. Piruvat dehidrogenase (E1) 2. Dihidrolipoil transasetilase (E2) 3. Dihidrolipoil dehidrogenase (E3) Dan juga melibatkan 5 Koenzim yaitu: 1. Tiamin pirofosfat (TPP) 2. Flavin adenin dinukleotida (FAD) 3. Koenzim A 4. Nikotinamida adenin dinukleotida 5. Asam lipoat 2.4.3. Reaksi-Reaksi Oksidasi Asam Piruvat Reaksi-reaksi yang terjadi didalam dekarboksilase asam piruvat ada 5 tahap, yaitu: Tahap 1 : CH3 – C - COO- + H+ + E1 - TPP E1 - TPP – CHOH-CH3 + CO2 O Pada tahap ini piruvat kehilangan gugus karboksilnya pada saat molekul ini bereaksi dengan Tiamin Pirofosfat (TPP) yang terikat oleh dehidrogenase piruvat (E1), dan membentuk turunan hidroksietil dari cincin tiazol tiamin pirofosfat Tahap 2 : E1 – TPP –CHOH-CH3 + E2 S
S
E1- TPP + E2 S
SH CH3 C
O Pemindahan atom H dan gugus asetil dari tiamin pirofosfat ke bentuk teroksidasi gugus prostetik lipoilisil pada pusat enzim hidrolipoil transasetilase untuk membentuk 6asetil tioesterpada lipoil tereduksi. Tahap 3:
E2
+ KoA S
SH
E2
SH
+ KoA SH
S
SH
C
CH3
O
Molekul KoA-SH bereaksi dengan turunan asetil dari hidrolipoil transasetilase menghasilkan asetil-S-KoA dan bentuk tereduksi sempurna atau ditiol dari gugus lipoil. Tahap 4: E2
+ E3 SH
FAD
SH
E2 S
+ E3
FADH2
S
Bentuk tereduksi dihidrolipoil transasetilase dikatalisis oleh dihidrolipoil dehidrogenase, yang menyebabkan pemindahan atom H dari gugus lipoil tereduksi ke gugus prostetik FAD pada dihidrolipoil dehidrogenase. Tahap 5: Tahap akhir dimana gugus FADH2 tereduksi pada hidrolipoil dehidrogenase memindahkan hidrogen ke NAD+ membentuk FAD dan NADH . E3
FADH2 + NAD+
E3 –FAD + NADH + H+
Jadi, hasil akhir dekarboksilase asam piruvat adalah : 2CH3-C-COO- + 2KoA-SH + 2NAD+ O
2CH3-C-S-KoA + 2CO2 + 2NADH O
Untuk 1 NADH menghasilkan 3ATP, untuk reaksi dekarboksilasi piruvat ini menghasilkan 2 NADH, sehingga jumlah ATP yang dihasilkan adalah 6 ATP. LINTASAN OKSIDASI PIRUVAT
Keterangan : dekarboksilasi oksidatif piruvat oleh kompleks piruvat dehidrogenase. Asam
(Sumber: Biokimia Harper,2009:163) 2.4.4. Reaksi Pembentukan Asam Laktat Terbentuknya asam laktat dari piruvat dikatalis oleh enzim laktat dehidrogenase dimana piruvat direduksi oleh NADH yang berasal dari reaksi: CO2H CO2H C=O + NADH + H+ HOCH + NAD+ CH3 CH3 Asam piruvat L(+) asam laktat Terbentuknya asam laktat dari piruvat dikatalis oleh enzim laktat dehidroginase hati (H4) dan otot (M4) menunjukkan sifat kinetik berbeda. H4 aktif pada piruvat rendah dan M4 menunjukkan sifat kinetik berbeda. H4 aktif pada piruvat rendah dan terihinbisi oleh konsentrasi piruvat diatas konsentrasi 3.10-3 M. Hal ini sesuai dengan fungsi hati yang harus menyediakan energi dari glukosa seefesien mungkin, sedangkan pada otot kontraksi otot memerlukan
energi secara tepat yang dapat dipenuhi dengan mengkatabolisme glukosa dalam keadaan anaerob. Asam laktat terjadi pada manusia apabila oksogen sangat sedikit atau tidak ada oksigen. Asam piruvat diubah menjadi laktat dengan cara NADH menjadi NAD+ dengan bantuan enzim laktat dehidroginase, permentasi ini terjadi pada otot. Umumnya asam laktat diproduksi oleh otot lurik dan eritrosit sebagai sumber energi bagi organ lain. Pada saat otot lurik melakukan kontraksi seperti saat berolahraga, laju lintasan glikolisis yang memproduksi asam piruvat akan bereaksi lebih cepat dari pada laju siklus asam sitrat yang mengoksidasi asam tersebut. Oleh karena itu kelangsungan lintasan glikolisis berlansung pada tersediannya molekul NAD+ untuk mengoksidasi gliseraldehida 3-fosfat, akumulasi asam dan NADH menjadi NAD+ dan mereduksi asam piruvat menjadi asam laktat keberadaan enzim Laktat Dehidroginase akan menjaga kelansungan proses glikolisis pada otot lurik, dan terutama pada eritrosit oleh karena eritrosit tidak memiliki mitokondria sehingga tidak dapat mengoksidasi glukosa dengan sempurna. Pada awalnya asam laktat dianggap sebagai zat sisa. Asam laktat yang diproduksi kemudian menumpuk di otot dan dicurigai menyebabkan kelelahan selama olahraga dan kram otot setelah selesai olahraga. Sekarang dengan hasil yang terbaru, asam laktat bukan merupakan musuh dari otot. Asam laktat merupakan bahan energi yang penting selama olahraga yang berlansung lama. Hal ini karena asam laktat yang dibentuk oleh sel otot lain untuk membentuk energi. Saat olahraga permintaan oksigen melibihi suplai sehingga timbul metabolisme anaerob yang menghasilkan asam laktat.
Asam laktat ini
kemudian akan diserap oleh sel otot untuk dijdikan bahan bakar.pada orang yang rutin olahraga atau atlet, terjadi peningkatan efektivitas pemakaian asam laktat sehingga mereka mampu berolahraga dalam jangka waktu lebih lama. Dibandingkan membuat lelah, asam laktat justru memperlabat terjadinya kelelahan dan meningkatkan kemampuan dalam berolahraga. 2.4.5. Perubahan Piruvat Menjadi Alkohol
Ada kondisi lain dari piruvat yang juga sangat penting, yang tidak terdapat dalam jaringan mamalia. Beberapa organisme bisa hidup dalam kondisi aerob atau anaerob. Organisme ini disebut anaerob fakultatif, yang dapat mengubah metabolismenya untuk beradaptasi dengan ada atau tidaknya oksigen. Organisme anaerob fakultatif yang paling penting adalah ragi. Ragi mengubah glukosa menjadi piruvat dan kemudian bila ada oksigen maka ragi akan mengoksidasi piruvat menjadi CO 2. Jika tidak tersedia oksigen, maka jalur untuk regenerasi NAD+ akan bekerja. (Yohanis Ngili, 2010) Di dalam beberapa mikroorganisme , misalnya pada ragi roti, piruvat yang terbentuk dari glukosa melalui glikolisis diubah secara anaerobic menjadi etanol dan CO2, suatu proses yang disebut fermentasi alcohol. Fermentasi merupakan istilah umum yang menunjukkan degradasi anaerobic glukosa atau nutrient organic lain menjadi berbagai produk untuk tujuan memperoleh energy dalam bentuk ATP.(Lehninger, 2005). Berbeda dengan yang terjadi pada otot, yaitu piruvat diubah menjadi asam laktat (fermentasiasam laktat), maka pada ragi (minsalnya Saccharomyces sp), dalam keadaan anaerob akan mengubah glukosa menjadi piruvat yang selanjutnya dioksidasi menjadi alkohol (fermentasi alkohol). Pembentukan alkohol terjadi dalam dua tahap. Pada tahap pertama asam piruvat dioksidasi menjadi asetaldehida : dekarboksilase dengan koenzim (TPP).
COO-
H Mg
C=O
TPP
CH3
O
2+
C
CO2
CH3
Asam piruvat
Aetaldehida
Reaksi tersebut dikatalis asam piruvat dekarboksilase.
Pada tahap pertama asam piruvat diubah menjadi asetildehid dengan melepaskan karbondioksida. Enzim yang berperan adalah enzim piruvat dekarboksilase. Oksidasi selanjutnya akan menghasilkan etanol dengan alkohol dehidroginese sebagai berikut : H
O C
+
NADH + H+
CH3
CH2OH
+ NAD+
CH3
Asetaldehida
etanol
( Purwo Arbianto:1993) Pada tahap kedua asetaldehida diubah menjadi etanol dengan mereduksi NADH + H+ menjadi NAD+. Enzim yang berperan alkohol dehidrogenase. Dengan demikian etanol dan CO2 merupakan hasil akhir fermentasi alkohol, dan jumlah energi yang dihasilkan 2ATP.
Produk akhir permentasi alcohol BAB III PENUTUP 3.1 Kesimpulan 1. Metabolisme karbohidrat adalah Metabolisme karbohidrat adalah proses kimia yang berlangsung dalam tubuh makhluk hidup khusus untuk mengolah karbohidrat, baik itu reaksi pemecahan ( katabolisme) atau reaksi pembentukannya (anabolisme).
2. Glikolisis merupakan proses pemecahan glukosa menjadi senyawa triosa (C 3) yaitu piruvat. 3. Terdapat 10 tahap dalam pembentukan glikolisis yaitu: Fosforilasi Glukosa, Produksi Fruktosa-6, Fosfat, Produksi Fruktosa 1,6-difosfat, Pemecahan, Fruktosa 1,6-difosfat, interkonversi Dua Glukosa, Pembentukan NADH & 1,3-Diphoshoglyceric, Produksi ATP & 3-fosfogliserat Asam, Relokasi Atom Fosfor, Penghapusan Air, Pembentukan piruvat Asam & ATP. 4. Piruvat adalah suatu senyawa kimia yang penting dalam biokimia. Senyawa ini merupakan hasil metabolisme glukosa yang disebut glukolisis. Sebuah molekul glukosa terpecah menjadi dua molekul menjadi asam piruvat, yang kemudian digunakan untuk menghasilkan energi. 5. Jika tersedia cukup oksigen,maka asam piruvat diubah menjadi asetil KoA, yang kemudian diproses dalam siklus krebs. Peoses ini melibatkan 3 enzim dan 5 koenzim. 6. Jika tidak tersedia cukup oksigen, asam piruvat dipecah secara aneriobik menghasilkan asam laktat pada hewan dan manusia, atau etanol terhadap tumbuhan. Piruvat diubah menjadi laktat menggunakan enzim laktat dehidroginase dan koenzim NADH melalui fermentasi alkohol.
DAFTAR PUSTAKA
Arbianto, Purwo. 1993. Biokimia Konsep-konsep Dasar. Bandung:ITB Lehninger. 1982. Dasar-dasar Biokimia Jilid II . Jakarta:Erlangga
Mathews, Christopher K. dan K.E. Van Holde. 1995. Biochemistry. USA: The Benjamin/Chummings Publlishing Company, INC Murray, R. Granner, D. Rodwell V. 2009. Biokomia Harper Edisi 27.Jakarta :PenerbitBukuKedokteran Montgomeri,Rex,dkk.1993.Biokimia.Yogyakarta:Gadjah Mada Unervisity Press. Ngili, Yohanis. 2010. Biokimia Dasar. Bandung: Rekayasa Sains
