Resume Biokim Pertemuan ke 5
Glukoneogenesis Glukoneogenesis merupakan proses sintesis dari piruvat menjadi glukosa. Bahan yang digunakan untuk membuat glukosa adalah bahan yang bukan dari karbohidrat melainkan bahan baru, misalnya laktat, piruvat, gliserol, propionat, asam amino glikogenik (Ala, Arg, Sis, Glu, Gli, His, dll). Glukoneogenesis terjadi di dalam mitokondria. Terjadi pada saat puasa (tidak mengonsumsi karbohidrat). Terjadi Ter jadi pada hewan memamahbiak (laktat, asetat, butirat, propionate/suksinil Ko-A yang berasal dari proses fermentasi serat). Terjadi pada saat normalisasi gerakan maskular (otot) intensif (Siklus Cori), laktat diubah menjadi glukosa. Selain itu, terjadi pada saat stress pada otak maupun otot dan diet tinggi protein (Siklus Alanin). Langkah 1: Perubahan Piruvat menjadi Fosfoenolpiruvat Piruvat karboksilase menghasilkan oksaloasetat dalam matriks mitokondria, dimana it dapat dioksidasi dalam siklus asam sitrat. Jika digunakan untuk glukoneogenesis, oksaloasetat harus dipindahkan dari mitokondria ke sitosol. Membrane mitokondria tidak memiliki pengangkut yang efektif untuk oksaloasetat. Oleh karena itu, oksaloasetat direduksi oleh malat mitokondrial dehidrogenase menjadi malat, yang dapat ditransfer kedalam sitosol oleh pertukaran untuk ortofosfat, dan kemudian dioksidasi kembali oleh malat sitosolik dehidrogenase. Ketika dalam sitosol, oksaloasetat ditindak oleh enzim fosfoenolpiruvat karboksikinase (PEPCK) menjadi fosfoenolpiruvat. Reaksinya adalah sebagai berikut: Oksaloasetat + GTP ↔ Fosfoenolpiruvat + CO 2 + GDP ∆G0’ = +2,9 kJ/mol Reaksi ini menggunakan GTP daripada ATP sebagai pendonor energi. CO2 yang terbentuk diikat oleh piruvat karboksilase. Reaksi enzim PEPCK membutuhkan Mg2+ atau Mn2+ dan reaksi ini adalah reversibel.
Langkah 2: Perubahan Fruktosa-1,6bifosfat menjadi Fruktosa-6-fosfat Reaksi fosfofruktokinase pada proses glikolisis adalah irreversibel tapi hanya karena dikendalikan oleh transfer fosfat dari ATP. Reaksi dalam proses glukoneogenesis yaitu terjadi reaksi hidrolisis sederhana yang dikatalis oleh fruktosa-1,6-bifosfatase. Reaksinya adalah sebagai berikut: Fruktosa-1,6- bifosfat bifosfat + H2O → Fruktosa-6Fruktosa-6fosfat + Pi ∆G0’ = −16,3 kJ/mol Enzim memerlukan Mg2+ untuk aktivitas dan mewakili satu dari sisi kontrol utama yang mengatur proses glukoneogenesis secara keseluruhan. Fruktosa-6-fosfat yang dibentuk dalam reaksi ini kemudian mengalami isomerisasi oleh enzim fosfoglucoisomerase menjadi glukosa-6fosfat. Langkah 3: Perubahan Glukosa-6-fosfat menjadi Glukosa Glukosa tidak dapat diubah menjadi glukosa oleh aksi terbalik enzim heksokinase atau glukokinase, karena ∆G 0’ reaksi tersebut bernilai positif dan tinggi, transfer fosfat dari ATP membuat reaksi ini irreversibel. enzim lain yang bersifat spesifik untuk proses glukoneogenesis yaitu glukpsa-6-fosfatase ikut serta dalam reaksi ini. Dalam reaksi ini juga terjadi proses hidrolisis sederhana. Reaksinya adalah sebagai berikut: Glukosa-6-fosfat Glukosa-6-fosfat +H2O → Glukosa + Pi ∆G0’ = −12,1 kJ/mol
Glukosa-6-fosfatase juga membutuhkan Mg2+ yang ditemukan terutama dalam reticulum endoplasma pada hati, dengan sisi aktif pada sisi sitosolik.
Tahap-tahap Siklus Krebs Asetil-KoA + Oksaloasetat sitrat cis aconitrat aconitrat (enzim : aconitase) isositrat α ketoglutarat suksinil KoA Suksinat Fumarat Malat Oksaloasetat
Ada 8 enzim dalam siklus asam sitrat yang mengkatalisis serangkaian reaksi yang secara keseluruhan adalah oksidasi gugus asetil menjadi 2 mol CO 2 diikuti dengan pembentukan 3 NADH, 1 FADH dan GTP. Reaksi tersebut adalah: 1. Kondensasi asetil CoA dengan oksaloasetat membentuk sitrat, sesuai dengan nama siklusnya. Reaksi ini dikatalisis enzim citrate synthase. 2.
Pengaturan kembali sitrat menjadi bentuk isomernya supaya lebih mudah untuk dioksidasi nantinya. Aconitase mengubah sitrat, alcohol tersier yang tidak siap untuk dioksidasi, menjadi senyawa alkohol oleh enzim aconitase
3.
Oksidasi isositrat membentuk asam keto intermedier, oksalosuksinat disertai dengan reduksi NAD+ menjadi NADH. Oksalosuksinat selanjunya didekarboksilasi menghasilkan a ketoglutarat. Ini merupakan tahap pertama dimana oksidasi diiringi dengan terbentuknya NADH dan pembebasan CO2. Reaksi ini dikatalisis enzim isositrat dehidrogenase.
4.
α-ketoglutarat selanjutnya didekarboksilasi membentuk suksinil CoA oleh multienzim α-ketoglutarat dehidrogenase. Reaksi ini melibatkan reduksi kedua NAD+ menjadi NADH dan membebaskan molekul molekul CO 2 kedua..
5.
Suksinil CoA selanjutnya diubah menjadi suksinat oleh suksinil CoA sinthetase. Energi bebas dari ikatan thioester ini disimpan dalam bentuk senyawa berenergi tinggi GTP dari GDP dan Pi.
6.
Reaksi selanjutnya dalam siklus ini adalah oksidasi suksinat menjadi oksaloasetat kembali untuk persiapan putaran berikutnya dalam siklus. Suksinat dehidrogenase mengkatalisis oksidasi suksinat mennjadi fumarat diiringi oleh reduksi FAD menjadi FADH2.
7.
Fumarase selanjutnya mengkatalisis hidrasi ikatan rangkap fumarat menjadi malat
8.
Tahapan terakhir adalah membentuk kembali oxaloasetat melalui moksidasi malat oleh enzim malat dehidrogenase. Pada tahap ini juga dihasilkan NADH ketiga dari NAD+
•
•
•
•
•
Perhitungan Energi Total Oksidasi Aerob Glukosa + 2 Pi + 2 ADP + 2 NAD + 2 piruvat + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H2O atau Glukosa + 8 ADP + 6 H + + 8Pi + O 2 2 Piruvat + 8 ATP + 10 H2O 2 piruvat + 2 KoA + 2 NAD + 2 Asetil KoA + 2 CO 2 + 2 NADH + 2 H+ 2 (Asetil KoA + 2 H 2O + 3 NAD + + FAD + GDP + Pi 2 CO 2 + 3 NADH + FADH2 + KoA + GTP + 2 H + ) / 12 ATP Total : 8 + 6 + 24 ATP = 38 ATP Perhitungan Energi Total Oksidasi Aerob •
Siklus krebs terjadi di mitokondria Glukosa 2 piruvat
+ 8 ATP
2 Piruvat 2 Asetil KoA
+ 6 ATP
2 Asetil KoA 4 CO2
+ 24 ATP
Glukosa CO2
+ 38 ATP
Perhitungan Energi Total Oksidasi Aerob •
Glukosa + 2 H2O + 10 NAD + + 2 FAD + 4 ADP + 4 Pi FADH2 + 4 ATP
6
CO2 + 10 NADH + 6 H + + 2
(Misalnya pada sistem ulang malat aspartat dengan total + 38 ATP yang terdapat pada hati, ginjal dan jantung)
•
Siklus Krebs menghasilkan 24 ATP dibandingkan dengan glikolisis. Jadi dapat dikatakan siklus kreb itu pusat penghasil energi.
Inhibitor Pada Siklus Kerbs
1. Arsenit, mercuri: mengikat – mengikat – SH SH pada enzim lipoamida, kemudian siklus berhenti pada pruvat dehidrogenase ke Asetil KoA 2. Malonat : kompetitif terhadap suksinat 3. Fluoroasetat yang terdapat pada tanaman: fluoroasetil koA dengan oksaloasetat fluoro sitrat yang menghambat aconitase (sitrat
isositrat)
CoA-SH Fluoroasetat
Fluoroasetil KoA
Fluorositrat
4. ATP, NADH tinggi Proses metabolisme karbohidrat yang kedua yaitu proses anabolisme terdapat duat tahapan yaitu glukoneogenesis dan glikogenesis. Proses glikoneogenesis adalah ntesis glukosa dari senyawa bukan karbohidrat, misalnya asam laktat dan beberapa asam amino. Proses glukoneogenesis berlangsung terutama dalam hati.. Sistesis glukosa dari perkursor bukan karbohidrat, terutama: laktat, piruvat, gliserol, propionat, asam amino glikogenik (Al: ala, arg, asp, sis, glu,gli, his). Proses ini dimulai dari mitokondria. Proses glikoneogenessis terjadi pada : a.
Pada saat puasa dimana tidak ada glukosa pada tubuh.
b. Hewan memamah biak(laktat, asetat, butirat propionat/suksinil koA) normalisasi gerakan muskular insentif c. Saat melakukan kerja berat d. Disaat setress Diet tinngi protein(siklus alanin)
Hexose Monophosphate Shunt (HMP Shunt) atau Jalur Pentosa Fosfat Jalur pentosa fosfat atau HPM Shunt ini terjadi dalam sitoplasma, jaringan aktif penghasil lemak misalnya hati dan kelenjar susu, sel bakteri dan tumbuhan. Pada saat produksi NADPH terjadi sintesis asam lemak, steroid. Membran ribosa-5-f osfat digunakan untuk sintesis nukleotida. Dan NADPH merupakan inhibitor glukosa-6-fosfat dehidrogenase.
Jalur pentosa fosfat mengubah glukosa menjadi berbagai macam gula lain, yang dapat digunakan untuk energi. Pada jalur ini menghasilkan produk yang sangaaat penting yaitu NADPH dan gula gula ribose-5-fosfat. Jalur pertama merupakan fase oksidatif, yaitu glukosa-6fosfat dioksidasi menjadi ribulosa-5-fosfat dan karbon dioksida (CO 2), dan juga menghasilkan NADPH. Reaksinya adalah sebagai berikut:
Reaksi pertama pada jalur ini dikatalis oleh enzim glukosa-6-fosfat dehidrogenase, yaitu mengoksidasi glukosa-6-fosfat menjadi 6-fosfoglukonolakton, yang mirip dengan lakton. 6fosfoglukonolakton dihidrolisis oleh enzim laktonase yang spesifik menjadi 6fosfoglukonat, yang mengalami dekarboksilasi oksidatif yang menghasilkan 1 karbon yaitu CO2, 2 mol NADPH, dan 1 mol ribulosa-5-fosfat (sebuah pentose fosfat). Hasil dari fase oksidatif ini Jalur kedua merupakan fase nonoksidatif, beberapa ribulosa-5-fosfat diubah menjadi gula berkarbon-5 yaitu yaitu ribosa-5-fosfat. Ribosa fosfat digunakan digunakan dalam sintesis nukleotida yang merupakan kegunaan utama ribosa fosfat atau digunakan dalam jalur pentosa fosfat yang selanjutnya. Dalam fase nonoksidatif, beberapa ribulosa-5fosfat yang diproduksi dalam fase oksidatif diubah menjadi ribosa-5-fosfat oleh enzim fosfopentosa isomerase.
Pada jalur ketiga, sebuah rangakain reaksi yang mengubah tiga molekul gula berkarbon-5 menjadi dua molekul gula berkarbon-6 dan satu gula berkarbon tiga. Jalur ini dimulai dengan ribulosa-5-fosfat dan ribose-5-fosfat dibentuk oleh enzim fosfopentosa epimerase. Fosfopentosa epimerase mengubah ribulosa-5-fosfat menjadi epimernya yaitu silulosa-5-fosfat.
Kemudian 1 mol silulosa-5-fosfat bereaski dengan 1 mol ribosa-5-fosfat yang dikatalis oleh enzim transketolase,yang mentransfer 2 karbon dari silulosa-5-fosfat ke ribose-5-fosfat diubah menjadi triosa fosfat, gliseraldehid-3-fosfat, dan gula berkarbon-7 yaitu sedoheptulosa-7-fosfat.
Pada jalur keempat, beberapa gula yang terbentuk dari jalur ketiga diubah menjadi glukosa-6-fosfat, dan siklus berulang kembali. Reaksi total yang terjadi dalam jalur pentosa fosfat atau HMP Shunt yaitu sebagai berikut: 3 Glukosa-6-fosfat + 6 NADP + + 3 H2O → 3 Pentosa-5-fosfat Pentosa-5-fosfat + 6 NADPH + H + + 3 CO 2 Glukosa-6-fosfat + 12 NADP + + 7 H2O → 6 CO 2 + 12 NADPH + 12 H + + Pi
