PROSES GLIKOLISIS PADA METABOLISME KARBOHIDRAT Tugas Mata Kuliah Biokimia Oleh Ibu Indri
Oleh Kelompok 1 Adam Cut Fazrina Nur annisa
STIkes Dharma Husada Bandung 2010
Pendahuluan Karbohidrat adalah komponen dalam makanan yang merupakan sumber energi yang utama bagi organisme hidup. Dalam makanan kita, Karbohidrat terdapat sebagai polisakarida yang dibuat dalam tumbuhan dengan cara fotosintesis. Tumbuhan merupakan gudangyang menyimpan karbohidrat dalam bentuk amilum dan selulosa. Amilum digunakan oleh hewan dan manusia apabila ada kebutuhan untuk memproduksi energi. Disamping dalam tumbuhan, dalam tubuh hewan dan manusia juga terdapat karbohidrat yang merupakan sumber energi yaitu Glikogen. Pada proses pencernaan makanan, karbohidrat mengalami proses hidrolisis, baik dalam mulut, lambung, maupun usus. Hasil akhir proses pencernaan karbohidrat ini ialah Glukosa, fruktosa, Galaktosa dan Manosa serta Monosakarida lainnya. Senyawa-senyawa ini kemudian diabsorbsi melalui dinding usus dan dibawa ke hati oleh darah. Dalam sel-sel tubuh, karbohidrat mengalami berbagai proses kimia. Proses inilah yang mempunyai peranan penting dalam tubuh kita. Reaksi-reaksi yang terjadi dalam sel ini tidak berdiri sendiri, tetapi saling berhubungan dan saling mempengaruhi. Sebagai contoh, apabila banyak glukosa yang teroksidasi untuk memproduksi energi, maka glikogen dalam hati akan mengalami proses hidrolisis untuk membentuk gluykosa. Sebaliknya, apabila suatu reaksi tertentu menghasilkan produk yang berlebihan, maka ada reaksi lain yang dapat menghambat produksi tersebut. Dalam hubungan abtar reaksireaksi ini enzim enzim mempunyai peranan sebgaua pengatur atau pengendali. Proses kimaia yang terjadi dalam sel ini disebut metabolisme. Jadi Metabolisme Karbohidrat mencakup reaksi-reaksi monosakarida, terutama Glukosa.
I. Proses Gilkolisis Glukosa merupakan sumber bahan pada proses glikolisis, karena glukisa terdapat dalam jumlah banyak bila dibandingkan dengan monosakatida lain. Oleh karena itu bila jumlah glukosa yang diperoleh dari makanan terlalu berlebih, maka glukosa akan disimpan dengan jalan diubah menjadi glikogen dalam hati dan jaringan otot. Glikogen dalm hati dapat pula dibentuk dari asam laktat yang dihasilkan pada proses gilolisis. Konsentrasi glukosa dalam darah manuisa normal ialah antara 80 dan 100 mg/100 ml. Setelah memakan makanan sumber karbohidrat, konsentrasi glukosa darah dapat naik hingga 120-130 mg/100 ml, kemudian turun menjadi normal lagi. Dalam keadaan berpuasa konsengtrasi glukosa darah turun hingga 60-7-0 mg/100 ml. Kondisi glukosa yang lebih tinggi dari normal disebut Hiperglikemia, sedangkan yang lebih rendah daripada normal disebut Hipoglikemia. Bila konsentrasi terlalu tinggi maka sebagian glokosa dikeluarkan dari tubuh melalui urine. Pada dasarnya, metabolisme glokosa dapat dibagi dalam dua bagian, yaitu yang tidak memerlukan oksigen atau disebut anaerob dan yang memerlukan oksigen atau juga disebut aerob. Glikolisis adalah reaksi metabolisme gluklosa yang mengubah glukosa menjadi asam laktat secara anaerob atau memerlukan oksigen. Tiap reaksi dalam proses glikolisis ini menggunakan enzim enzim tertentu sebagai pengatur atau pengendali atau disebut Katabolisme .
A. Tahap pertama proses glikolisis
Tahap pertama proses glikolisis adalah pengubahan glukosa menjadi glukosa -6-fosfat dengan reaksi fosfolirasi. Gusus fosfat diterima dari ATP dalam reaksi sebagai berikut :
Katalis dalam reaksi tahap pertama ini yaitu enzim heksokinase dibantu dengan ion Mg+ + sebagai kofaktor. Enzim Heksokinase ditemukan oleh Meyerhof pada tahun 1927 dan telah dikristalkan dari ragi, mempunyai berat molekul 111.000. Heksokinasi dari ragi dapat merupakan katalis pada reaksi pemindahan gugus fosfat dari ATP tidak hanya kepada dari glukosa tetapi juga pada fruktosa, mannosa dan glukosamina. Dalam otak, otot dan hati terdapat enzim heksokinase. Hati juga memproduksi fruktokinase yang menghasilkan fruktosa-1-fosfat. Enzim heksokinase dari hati dapat dihambat oleh hasil reaksi sendiri. Jadi apabila glukosa-6-fosfat terbentuk dalam jumlah banyak, maka senyawa ini akan menjadi inhibitor bagi enzim heksokinase tadi. Selanjutnya enzim akan aktif kembali apabila konsentrasi glukosa-6-fosfat menurun pada tingkat tertentu. B. Tahap Kedua
Reaksi yang kedua yaitu Isomerisasi, yaitu pengubahan glukosa-6-fosfat, dengan enzim fosfoglukoisomerase. Enzim ini tidak memerlukan kofaktor dan telah diperoleh dari ragi dengan cara kristalisasi. Enzim fosfoglikoisomerase terdaoat pada jaringan otot dan mempunyai berat molekul 130.000
C. Tahap Ketiga
Reaksi pada tahap ketiga yaitu mengubah fruktosa-6-fosfat menjadi fruktosa-1,6difosfat oleh enzim fosfofruktokinase dibantu oleh ion Mg++ sebagai kofaktor. Dalam reaksi ini gugus fosfat dipindahkan dari ATP kepada fruktosa-6-fosfat dan ATP sendiri akan berubah menjadi ADP. Fosfofruktokinasedapat dihambat atau dirangsang oleh beberapa metabolit, yaitu senyawa yang terlibat dalam proses metabolisme ini. Sebagai contoh, ATP yang berlebih dan asam sitrat dapat menghambat, difihak lain adanya AMP, ADP dan fruktosa-6-fosfat dapat menjadi efektor positif yang merangsang enzim fosfofruktokinase. Enzim ini adalah suatu enzim alosterik dan mempunyai berat molekul kira-kira 360.000.
D. Tahap Keempat
Reaksi tahap keempat dalam rangkaian reaksi glikolisis adalah penguraian molekul fruktosa-6-difosfat membentuk dua molekul triosa fosfat, yaitu dihidroksi aseton fosfat dan D-gliseral-dehida-3-fosfat. Dalam tahap ini enzim aldolase yamg menjadi katalis, telah ditemukan dan dimurnikan oleh Warburg. Enzim ini terdapat dalam jaringan tertentu dan dapat bekerja sebagai katalis dalam reaksi penguraian beberapa ketosa dan monofosfat, misalnya fruktosa-1,6-difosfat, sedoheptulosa-1,7-difosfat, fruktosa-1-fosfat, eritrulosa-1-fosfat. Hasil reaksi penguraian tiap senyawa tersebut yang sama adalah dihidroksi aseton fosfat.
E. Tahap Kelima
Dalam tahap ini terjadi reaksi penguraian oleh enzim aldolase terbentuk dua macam senyawa, yaiu D-gliseraldehida-3-fosfat dan. Yang mengalami reaksi lebih lanjut dalam proses glikolisis ialah D-gliseraldehida-3-fosfat. Andaikata sel tidak mampu mengubah dihidroksiasetonfosfat menjadi D-gliseraldehida-3-fosfat, tentulah dihidroksiasetonfosfat akan bertimbun dalam sel. Hal ini tidak berlangsung karena dalam sel terdapat enzim triosafosfat isomerase yang dapat mengubah dihidroksiasetonfosfat menjadi Dgliseraldehida-3-fosfat. Adanya keseimbangan antara kedua senyawa tersebut dikemukakan oleh Meyerhof dan dalam keadaan keseimbangan dihidroksiaseton fosfat terdapat dalam jumlah dari 90%
F. Tahap Keenam
Yaitu tahap reaksi oksidasi gliseralhida-3-fosfat menjadi asam 1,3 difosfogliserat. Enzim yang bekerja yaitu enzim gliseraldehida sebagai katalis. Dalam reaksi ini digunakan koenzim NAD+, sedangkan gugus fosfat diperoleh dari asam fosfat. Reaksi oksidasi ini mengubah aldehida menjadi asam karboksilat. Gliseraldehida-3-fosfat dehidrogenase telah dapat diperoleh dalam bentuk kristal dari ragi dan mempunyai berat molekul 145.000.
G. Tahap Ketujuh
Reaksi ini adalah pengubahan asam 1,3-difosfogliserat menjadi asam 3-fosfogliserat. Dalam reaksi ini terbentuk satu molekul ATP dari ADP da n ion Mg++ diperlukan sebagai kofaktor. Oleh karena ATP adalah senyawa fosfat berenergi tinggi, maka reajsi ini nmempunyai fungsi untuk menyimpan energi yang dihasilkan oleh proses glikolisis dalam bentuk ATP.
H. Tahap Kedelapan
Adalah reaksi pengubahan asam 3-fosfogliserat menjadi asam 2-fosfogliserat. Fosfogliseril mutase bekerja sebagai katalis reaksi ini. Enzim ini berfungsi memindahkan guh\gus fosfat dari satu atom C kepada atom C lain dalam satu molekul. Berta molekul enzim fosfogliseril mutase yang diperoleh dari ragi ialah 112.000 .
I. Tahap Kesembilan / Reaksi Dehidrsai
Reaksi kesembilan adalah reaksi pembentukan asam fosfoenolpiruvat dari asam 2fosfogliserat dengan katalus enzim enolase dan ion Mg++ sebagai kofaktor. Reaksi pembentukan asam fosfoenol piruvat ini ialah reaksi Dehidrasi. adanya ion F dapat menghambat kerjanya enzim enolase, sebab ion F- dengan ion Mg++ dan fosfat dapat membentuk kompleks magnesium fluoro fosfat. Dengan terbentuknya kompleks ini akan mengurangi jumlah ion Mg++ maka efektivitas reaksi berkurang.
J. Reaksi Kesepuluh
Yaitu reaksi pemindaha gugus fosfat dari asam fosfoenolpiruvat kepada ADP sehingga terbentuk molekul ATP dan molekul asam piruvat piruvat kinase telah dapat diperoleh dari ragi dalam bentuk kristal. Enzim ini adalah suatu tertramer dengan berat molekul 165.000. Dalam reaksi tersebut diatas diperlukan ion Mg++dan K+ sebagai aktivator.
K. Reaksi Kesebelas
Reaksi ini adalah reaksi tahap terakhir dalam proses glikolisis yaitu pembentukan asam laktat dengan cara reduksi asam piruvat dalam reaksi ini digunakan NADH sebagai koenzim.
II. Tinjauan Energi Proses Glikolisis Proses glikolisis dimulai dengan molekul glokusa dan diakhiri dengan terbentuknya asam laktat. Serangkaian reaksi-reaksi dalam proses glikolisis tersebut dinamakan juga jalur Embden-Meyerhorf. Dalam proses glikolisis satu mol glukosa diubah menjadi dua mol asam laktat. Reaksireaksi yang berlangsung pada proses glikolisis dapat dibagi dalam dua fase yaitu : 1. Fase pertama, glokosa diubah menjadi triosafosfat dengan proses fosforilasi dan melibatkan dua mol ATP yang diubah menjadi ADP. Jadi pada fase pertama ini menggunakan energi yang tersimpan dalam molekul ATP 2. Fase kedua dimulai dari reaksi oksidasi triosa fosfat hingga terbentuk asam laktat. Fase kedua mengubah dua mool triosa yang terbentuk pada fase pertama menjadi dua mol asam laktat, dan dapat menghasilkan 4 mol ATP. Perbedaan antara kedua fase ini terletak pada aspek energi yang berkaitan dengan reaksi-reaksi pada kedua fase tersebut. Jadi fase kedua ini menghasilkan energi. Apabila ditinjau secara keseluruhan proses glikolisis ini menggunakan 2 mol ATP dan menghasilkan 4 mol ATP sehingga masih ada sisa 2 mol ATP yang ekuivalen dengan energi sebesar 14.000 kalori. Energi tersebut tersimpan dan dapat digunakan oleh otot dalam energi mekanik. Oleh ksrens energi ysng dibebaskan untuk reaksi glukosa menjadi asam laktat adalah 56.000 kalori maka dapat dihitung bahwa efesiensi proses glikolisis ialah 14.000/56000 x 100% = 25%. Suatu tingkat efesiensi yang cukup tinggi. Gambar produksi ATP pada proses glikolisi. Reaksi glikolisis secara keseluruhan ialah : Glukosa + 2 fosfat + 2 ADP → 2 laktat + 2 ATP + 2H2O Proses glikolisis tidak hanya melibatkan glokosa saja, tetapi juga monosakarida lain, misalnya fruktosa, galaktosa dan mannosa. Monosakarida tersebut diserap melalui dinding usus dibawa ke hati.
Disini beberapa monosakarida dan juga glikogen mengalami beberapa reaksi pengubahan menjadi glukosa-6-fosfat dan selanjutnay masuk kedalam proses glikolisis, seperti halnya dengan glukosa, enzim galaktokinase merupakan katalis pada reaksi pembentukan glukosa-1-fosfat dari galaktosa. Kemudian galaktosa-1-fosfat diubah menjadi uridin difosfat galaktosa (UDP-galaktosa) oleh enzim UDP galaktosapirofosforilase yang
terdapat dalam hati orang dewasa. Selanjutnya UDP galaktosa diubah menjadi UDP glukosa oleh enzim UDP glukosa epimerase.
Akhirnya UDP glukosa bereaksi dengan pirofosfat dan membentuk UTP dan gluklosa-1-fosfat. Reaksi ini berlangsung dengan adanya reaksi enzim UDP glukosapirofosforilase sebagai katalis pada hati bayi atau anak-anak, terdapat enzim fosfogalaktosa uridiltransferase. Enzim ini dapat mengubah galaktosa-1-fosfat menjadi glukosa-1-fosfat. Disamping monosakarida gliserol juga ikut serta dalm proses glikolisis. Gliserol sebagai hasil hidrolisis. Lemak dapat diubah menjadi gliserol-3-fosfat oleh enzim gliserolkinase.
Gliserol-3-fosfat yang terbentuk kemudian diubah menjadi dihidroksiasetonfosfat oleh enzim gliseril fosfta dehidrogenase.
Dihidroksiasetonfosfat terdapat dalam keseimbangan dengan gliseraldehida-3fosfat yang merupakan salahsatu hasil antara dalam proses glikolisis. Demikian beberapa aspek bahan masukan bagi berlangsungnya proses glikolisis serta energi yang digunakan dan yang dihasilkan.
III. Siklus Asam Sitrat Siklus asam sitrat adalah serangkaian reaksi kimia dalam sel, yaitu pada mitokondria, yang berlangsung secara berurutan dan berulang, bertujuan mengubah asam piruvat menjadi CO2 H2O dan sejumlah energi. Proses ini adalah proses oksidasi dengan menggunakan oksigen atau aerob . siklus asam sitrat ini disebut juga siklus krebs, menggunakan nama Hans Krebs seorang ahli biokimia yang banyak jasa atau sumbangannya dalam penelitian tentang metabolisme karbohidrat. a.Pembentukan Asetil Koenzim A ( Asetil Ko A ). Asetil Ko a dibentuk pada reaksi antara asam piruvat dengan Koenzim A. Disamping itu asam lemak juga dapat menghambat aseril Ko A pada proses oksidasi. Reaksi pembentukan asetil Ko A menggunakan kompleks piruvatdehidrogenase sebagai katalis yang terdiri atas beberapa jenis enzim. Koenzim yang ikut dalam reaksi ini ialah Tiamin pirofosfat 9 TPP ), NAD+, asam lipoat dan ion Mg++ sebagai aktivator. Reaksi ini bersifat tidak reversibel dan asetil Ko A yang terjadi mertupkan penghubung antara proses glikolisis dengan siklus asam sitrat.
b. Pembentukan Asam Sitrat Asetil KoA adalah senyawa berenergi tinggi dan dapat berfungsi sebagai zat pemberi gugus asetil atau dapat ikut dalam reaksi kondensasi. Asam sitrat dibentuk oleh asetil KoA dengan asam oksalosetat dengan cara kondensasi. Enzim yang bekerja sebagai katalis adalah sitrart sintetase. Asam sitrat yang terbentuk metupakan salah satu senyawa dalam siklus asam sitrat.
c. pembentukan Asam Isositrat Asam sitrat kemudian diubah menjadi asam isositrat melalui asam akonitat. Enzim yang bekerja pada reaksi ini ialah akonitase. Dalam keadaan keseimbangan terdapat 90% asam sitrat, 4 % asam akoniat dan 6 % asam isositrat. Walaupun dalam keseimbangan ini asam isositrat hanya sedikit, tetapi asam isositrat akan segera diubah menjadi asam ketoglutarat sehingga keseimbangan akan bergeser ke kanan.
d. Pembentukan Asam Ketoglutarat Dalam reaksi ini asa isositrat diubah menjadi asam oksalosuksinat, kemudian diubah lebih lanjut menjadi asam ketoglutarat. Enzim isositrat dehidrogenase bekerja pada reaksi + pembentukan asam oksalosuksinat dengan koenzim NADP , sedangkan enzim karboksilase bekerja pada reaksi berikutnya. Pada reaksi yang kedua ini disamping asam ketoglutarat, dihasilkan pula CO2 untuk 1 mol asam isostrat yang diubah, dihasilkan 1 mol NADPH dan 1 mol CO2. Koenzim yang digunakan dalam reaksi selain NADP, juga NAD.
e. Pembentukan Suksinil KoA Asam ketoglutarat diubah menjadi suksinil KoA dengan jalan Dekarboksilasi oksidatif.
Reaksi ini analog dengan reaksi pembentukan asetil KoA dari asam Piruvat. Koenzim TPP dan NAD diperlukan juga dalam reaksi pembentukan suksinil KoA. Reaksi berlangsung antara asam ketoglutarat dengan koenzim A menghasilkan suksinil KoA dan melepaskan CO2. NADH juga dihasilkan pada reaksi ini. Yang menonjol ialah bahwa reaksi ini tidak reversible, sehingga dengan demikian siklus asam sitrat secara keseluruhan bersifat tidak reversible. Suksinil KoA adalah senyawa berenergi tinggi dan akan diubah menjadi asam suksinat..
f. Pembentukan sam Suksinat ASaam suksinat terbentuk dari suksinil KoA dengan cara melepaskan KoAS serta pembentukan guanosin trifosfat ( GTP ) dari guanosin difosfat.
