BAB VII METABOLISME KARBOHIDRAT PENDAHULUAN 7.1.1 Deskripsi Singkat 7.1
Bab ini akan membahas met abolisme karbohidrat yang me liputi
penjabaran
tent ang
proses
glikolisis,
glikogenesis,
glikoneogenesis,
glikogenolisis, siklus asam sitrat serta pros es fos forilasi oksidatif beserta tahap-tahapannya yang disertai deng an penggun aan dan energi yang dihas ilkan d ari proses reaksi te rsebut. 7.1.2 Relevansi Pembahasan bab ini sangat berhubungan dengan bab selanjutnya, dimana mahas iswa harus mampu menget ahui bagaimana reaksi metabolisme karbohidrat dapat berlangsung sehingga bisa menghas ilkan energi y ang
dibutuhkan untuk aktivitas sel serta keterkaitannya dengan met abolisme biomolekul lainnya s epe rti protein, lemak dan asam nukleat.
7.1.3 Tujuan Setelah
mempela jari bab ini diharapkan mahasiswa dap at :
1.
Menjelaskan
tahap-tahap reaksi yang te r j adi dalam glikolisis
2.
Mene rangka n
energi yang digun akan maupun yang ter jadi pad a
proses glikolis is 3.
Mene rangka n
tahap-tahap reaks i dalam glikogenesis, glikogenolisis,
dan glukoneogenesis 4.
Mene rangka n
5.
Mendi skusika n
6.
Menjelaskan
Bahan Ajar Biokimia Metabolisme Karbohidrat
tahap-tahap reaks i pada siklus asam sitrat (daur Krebs) energi yang ter j adi dalam sikl us asam sitrat
proses fosforilas i oksidatif
161
PENYAJIAN raian Dan Contoh 7.2.1 U raian 7.2.
Pada proses pencernaan makanan, karbohidrat meng alami pros es hidrolisis baik dalam mu lut, lambung maupun usus.
Sete lah
pros es
penyerapan melalui dinding u sus halus, sebagian besar monosakar ida di bawa oleh aliran darah ke hati. Di dalam ha ti, monosakar ida mengalami
proses sintesis menghasilkan glikogen, oks idasi menj adi CO 2 dan H2O, atau dilepaskan untuk di bawa deng an aliran darah ke bagian tubuh yang meme rlukanny a.
Sebagi an
lain monosakar ida dibawa langsung ke sel,
jaringan, dan organ te rtentu dan meng alami proses metabolisme lebih l anjut. Karena pengaruh berbagai faktor dan hor mon insulin y ang di hasilkan oleh kelenjar p ankr eas, hati dapat meng atur kadar glukosa dalam darah. Bila kadar glukosa dalam darah meningkat sebagai akibat naiknya proses
pencernaan d an penyerapan karbohidrat, sintesis glikogen d ari g lukosa oleh hati akan n aik. Sebalikny a bila kadar glukosa menu run, umpamany a akibat latihan olah raga, glikogen di u raikan menjadi glukosa untuk selanjutny a
mengalami proses katabolisme menghas ilkan energi ( d alam bentuk energi kimia, ATP) yang dibutuhkan oleh kegiatan olah raga tersebut.
Kadar glukosa dalam darah me rupakan faktor yang sangat penting untuk kelanc aran ker ja tubuh. Kadar normal glukosa dalam d arah adalah 90 mg/100 ml. Keadaan dimana kadar glukosa berada dibawah
70
70 -
mg/ 100
ml dis ebut hipoglisemia, sedangkan di atas 90 mg/100 ml disebut hiperglisemia. Hipoglisemia yang eksterm dapat menghas ilkan suatu rentetan reaks i goncangan y ang di tunjukkan oleh gejala gemet arnya otot, perasaan lemah badan, dan pucatnya warna kulit. Hipoglisemia yang serius dap at
menye babkan kehilangan kesadaran (pingsan) sebagai akibat kekurangan glukosa dalam otak yang perlu untuk pembentukan energi, sehingg a kemudian dapat menyebabkan kematian. Kadar glukosa yang tinggi
merangsang pembentukan g likogen dari glukosa, sintesis asam lemak dan koleste rol dari g lukosa. Kadar glukosa antara 140 dan 170 mg/100 ml disebut ginjal, karena pada kadar ini g lukosa di ekskr esi dalam kemih kadar ambang ginjal, Bahan Ajar Biokimia Metabolisme Karbohidrat
162
melalui ginj al. Gej ala ini disebut glukosuria yaitu keadaan ketidakmampuan ginjal untuk menyerap kembali glukosa yang te lah mengalami filtras i melalui sel tubula.
DARAH
HATI
Glikogen
OTOT Glikogen
Fruktosa Galaktosa Glukosa
Fruktosa Galaktosa Glukosa
ATP
Glukosa ATP
ATP Piruvat
Piruvat
Piruvat ATP
Laktat Laktat Lipida
CO2 + H2 O
CO 2 + H2O Sterol kolesterol
Gambar 7.1 Gambaran umum metabolisme karbohidrat: hubungan antara hati, darah, dan otot.
Kadar gl ukosa dalam d arah di atur oleh beberapa hormon. In sulin, yang dihas ilkan oleh kelenjar pankreas, menurunkan kadar glukosa deng an menaikkan pembentukan glikogen dari glukosa. Adrenalin (epinefrin), yang juga dihasilkan oleh pankreas, dan glukagon , berpe ran dalam menaikkan kadar glukosa dalam darah.
terkoordinasi
mempertahankan
Semua
kadar
faktor ini beker ja sama secara glukosa
tetap
normal
untuk
menunjang berlangsungnya proses met abolisme secara optimum. Proses penguraian glukosa menj adi piruvat, alkohol, lak tat atau CO2 dan air dap at berlangsung me lalui beberapa jalan metabolisme, te rgantung dari keadaan lingkungan, keadaan dalam sel atau macam jasadnya.
Satu
macam j asad hidup d ap at melakukan satu atau lebih jalur met abolisme penguraian glukosa tergantung p ada diperlukan atau tidaknya proses
Bahan Ajar Biokimia Metabolisme Karbohidrat
163
penguraian te rsebut. Artinya tiap jasad hidup mempuny ai sistem kontrolnya sendiri.
Ada beberapa is tilah yang berhubungan deng an metabolisme penguraian glukosa: 1.
Glikolisis
: Proses penguraian karbohidrat menjadi piruvat. Juga disebut
jalur metabolisme Embden-Meyerhoff dan sering diartikan pula sebagai penguraian glukosa menjadi piruvat. Proses ini ter jadi di sitoplasma. 2.
Glikolisis
anaerob : Proses penguraian karboh idrat menj adi laktat
melalui asam piruvat tanpa melibatkan oksigen. 3.
atau peragian : Proses senyawa kimia secara enzimatik
ermentasi F ermentasi
menghas ilkan g as, dalam hal ini adalah penguraian karbohidrat menghas ilkan et anol dan CO2 tanpa melibatkan oksigen. 4.
Daur
Asam Sitrat atau daur asam trikarboksilat
(TCA):
Suatu
j alur
metabolisme lingkar dimana asetat (khususnya asetil koenzim-A ) diubah menjadi CO 2 dan air deng an menggunakan oksigen. 5.
Pernafasan
atau respirasi : proses kimia yang te r jadi bila sel menyerap
oksigen, menghasilkan CO 2
. Sum ber
karbon yang dip akai dalam
proses ini tidak khusus. Pe rnafasan dalam arti y ang lebih khusus adalah proses penguraian glukosa dengan menggun akan oks igen,
menghas ilkan CO2, air dn energi (dalam bentuk energi kimia, ATP ) yang me libatkan jalur met abolisme g likolisis, daur Asam Sitrat, dan fosforilas i bersifat oksidatif.
7.2.1.1 G L I K O L I S I S
Di dalam sel, pengu raian (katabolisme) monosakar ida (glukosa, fruktosa, dan g alaktosa) pe rtama kali diu raikan oleh enzim-enzim g likolisis yang larut dalam sitoplasma. Glikol isis berasal dari (gluko = glukosa ; dan lisis = penguraian) adalah proses penguraian g lukosa menjadi piruv at . Reaksi
penguraian ini te r jadi dalam keadaan ada atau t anpa oks igen. Bila ad a oksigen asam piruvat akan dioksidasi lebih lanjut menj adi CO 2 dan air
Bahan Ajar Biokimia Metabolisme Karbohidrat
164
misalnya pada hewan, tumbuhan dan banyak sel mikroba yang berada p ada kondisi aerobik. Atau tanpa oksigen (g likolisis anaerob) asam piruvat akan
dirubah menj adi etanol (ferment asi alkohol) pada ragi, dan menghasilkan asam laktat pada otot manusia yang berkontraks i.
Glikolisis menghas ilkan dua senyawa karboh idrat beratom tiga dari satu senyawa beratom en am. Pada proses ini te r j adi sintesis ATP d ari ADP +
Pi.
Sec ara
umum p roses ini dibagi dalam 2 tahap yakni tahap pe rtama
glukosa diuraikan menjadi g liseraldehida 3-f osfat (proses pemotongan rantai heksosa) dan tahap kedua gliseraldehida 3-fos fat
diubah menjadi 3-
fosfoglis erol fos fat ( reaksi penyimp anan energi). Berikut ini diu raikan t ahaptahap reaksi glikolisis secara keseluruhan: Tahap pertama : Pem asukan satu gugu s fos fat ke dalam m olekul glukosa
(fosforilasi glukosa) menghas ilkan glukosa 6 ² fos fat. Re aksi ini dikatalisis oleh glukokinase yang memerlukan ion Mg 2+ sebagai kofaktornya. Sedangkan
gugus fos fat d an energi yang diperlukannya didapat dari pengu raian ATP menjadi ADP. Pada reaksi kebalikannya yakni (t ahap akhir glukone ogene sis) dikatalisis oleh enzim y ang berbeda yakni g lukosa 6-fos fatase. Pada reaks i ini tidak te rbentuk ATP dari ADP me lainkan te r jadi pelepasan gugus fosfat d ari glukosa 6-fosfat menghas ilkan glukosa.
Tahap kedua :
Merup akan
reaks i isomerisas i glukosa 6-fos fat menj adi fruktosa
6-fosfat, dikatalisis oleh fos foh eksoisome ras e, melibatkan pe rgeseran oksigen karbonil dari atom karbon nomor satu ke atom karbon nomor 2. Enzim ini
juga mengkatalisis reaksi kebalikannya. Dalam reaks i ini tid ak te r jadi penguraian m aupun pembentukan ATP .
Bahan Ajar Biokimia Metabolisme Karbohidrat
165
Tahap ketiga : Fosforilas i fruktosa 6-fosfat menj adi fruktosa
1. 6-difosfat
(pemasukan gugus fosfat dari ATP ), dikatalisis oleh enzim fos fofruktokinase dengan
ion
Mg 2+
s ebagai
kofaktor.
Kebalikan
dengan
reaks i
fosfohekso isomeras e reaksi fosfofruktokinase merupakan reaksi tid ak dapat balik yang berfungsi sebagai bagian pengontrol kedua pada pros es glikolisis.
Tahap keempat
: F ruktosa 1.6-difos fat lalu diuraikan menj adi dua triosa fosfat
yakni g liseraldehida 3-fosfat dan dihidroksiaseton fos fat dengan katalis aldolase fruktosa difos fat (aldolas e). Re aksi ini ber jalan dalam dua arah.
Dihidroks iaseton fosfat secara cep at diubah menjadi gliseraldehida 3-fosfat dengan enzim isomeras e t riosafosfat deng an asumsi kemungkinan hilangnya seteng ah dari energi molekul glukosa dap at dicegah .
Selanjutny a
adalah
interkonversi gliseraldehida 3-fos fat menj adi 3-fosfogliserol fosfat. Reaks i ini adalah tahap awal dalam reaksi penyimp anan energi dalam bentuk ATP.
Enzim y ang mengkatalisis reaks i ini adalah dehid rogen ase gliseraldehida fosfat
Bahan Ajar Biokimia Metabolisme Karbohidrat
166
Tahap kelima
:
M erup akan
1,3-difosfog lis erat,
pe rubahan g liseraldehida 3-fosfat menjadi asam
yang melibatkan reaks i pemasukan satu gugu s fos fat dari
asam fosfat (bukan d ari ATP), dan oksidasi molekul aldehid a menghas ilkan
molekul asam karboksilat. Re aksi oksidasi ini dikatalis is oleh enzim gliseraldehida 3-fosfat dehidrogen ase dan dirangkaikan deng an reaksi reduks i pembentukan NADH (bentuk reduksi dari Nikotinamid Adenin
Dinukl eotida) dari NAD+
(bentuk oksid asinya).
Sedangka n
reaks i
kebalikannya juga dikatalisis oleh enzim yang sama, menghas ilkan NAD +
dan NADH. Telah diket ahui oksidasi satu molekul NADH dalam proses fosforilas i bersifat oksidasi melalui rantai pengangkutan elektron (rantai pernafasan) menghas ilkan 3 molekul ATP. Oleh kar ena itu reaksi tahap ini dapat di d iartikan sebagai reaks i y ang menghas ilkan 3 molekul ATP untuk tiap satu molekul asam
1, 3-difosfog lis erat
yang te rbentuk dari satu molekul
gliseraldehida 3-fos fat. Satu dari dua buah ikatan ant ara asam fosfat dengan asam gliserat dalam molekul asam
1,3-difos foglis erat
adalah suatu ikatan
anhidrida yang dalam p roses pemecahannya menghas ilkan energi untuk
pembentukan ATP d ari ADP d an Pi.
Bahan Ajar Biokimia Metabolisme Karbohidrat
167
Tahap keenam : Pengubahan 1,3-difosfoglis erat menj adi 3-fosfoglis erat yang
dikatalisis enzim fosfogliserat kinase dengan ion
Mg
sebagai kofaktor. Pe rlu
diketahui bahwa reaksi t ahap lima dalam urutan tahap glikolisis me rupakan reaksi pertama yang menghas ilkan energi. Tahap reaksi sebelumny a
meme rlukan energi dan gugus fos fat dari penguraian ATP menj adi ADP.
Tahap ketujuh : Isomerisas i gliseraldehida 3-fosfat (3 fosfogliserat) menj adi
gliseraldahida 2-fosfat (2-fosfogliserat) yang dikatalisis fosfogliserat mut ase. Istilah mutase menunjukkan enzim y ang berpe ran dalam mengkatalisis pergeseran intramolekul gugus fungsional.
Bahan Ajar Biokimia Metabolisme Karbohidrat
168
Tahap kedelapan : De hidras i 2-fosfoglis erat (asam gliserat 2-fosfat) menj adi
fosfoenolpiruv at y ang dikatalisis oleh enolas e dengan melepaskan satu molekul H2O d ari 2-fosfogliserat dan bersifat dapat balik.
Tahap kesembilan
: Adalah tahap akhir glikolisis yakni pem bentukan asam
piruv at dari fos foenolpi ruvat me lalui senyawa ant ara asam enolpiruvat d an dikatalisis oleh piruvat kinase. Perubahan enolpiruvat ke piruvat ter jadi secara sp ontan dan bersifat mutlak (tidak reversibel) pada kondisi intras el.
Enol pi ruvat biasanya secara nonenzim atik tersusun kembali menjadi ketopi ruvat s ebagai bentuk piruv at ut ama pada pH 7.0.
Hidrolisis asam fosfoenol pi ruvat (PEP )menj adi piruvat apabila gugus fosfat dari PEP dipind ahkan ke ADP sehingg a te rbentuk ATP. Re aks i ini dikatalisis oleh enzim piruvat kinase dan menghas ilkan energi s ebesar 6100 kalori.
Tautomerisas i dari bentuk enol menjadi keto dapat memberikan cu kup energi untuk membentuk ATP.
Bahan Ajar Biokimia Metabolisme Karbohidrat
169
Pembentukan asam laktat (glikolisis anaerob) dari pi ruvat dikatalisis oleh laktat dehidrogen ase dim ana piruv at direduks i oleh NADH (sebagai sumber energi) dan H+. Dalam hal ini 2 molekul NADH y ang dihas ilkan oleh reaksi tahap kelima dalam glikolisis ( reaksi dengan g liseraldehida 3-
fosfat dehidrogen ase) tidak dipakai untu k membentuk ATP melainkan digunakan untuk reaksi reduksi 2 molekul asam piruvat menj adi asam laktat.
Jadi pada glikol isis anaerob ini energi y ang dihasilkan hanya 2 molekul ATP sa ja. Sec ara
keseluruhan glikol isis te rbagi menj adi dua bagi an. Bagian
pertama meliputi t ahap reaksi enzim y ang meme rlukan ATP y aitu p ada tahap reaks i dari glukosa sampai deng an pembentukan fruktosa 6-f 6- fosfat, yang menggun akan du a molekul ATP untuk setiap satu molekul glukosa yang dioksidasi. Bagian kedu a meliputi t ahap reaks i y ang menghas ilkan energi (ATP d an NADH), yaitu dari g liseraldehida 3-fosfat sampai deng an piruv at. Pada bagian kedua ini dihas ilkan du a molekul NADH dan 4 m olekul ATP untuk tiap molekul glukosa yang dioksidasi . Untuk 2 molekul NADH yang dihas ilkan dikurangi deng an 2 molekul NADH yang digun akan sebelumnya sehingg a jumlah NADH
dalam sel selalu tetap.
Maka
tahap
reaksi bagian kedua menghas ilkan 4 m ol ekul ATP. Deng an demikian secara keseluruhan proses glikolisis menghasilkan 4 ² 2 = 2 m ol ATP untuk tiap
molekul glukosa yang dioksidasi atau ekivalen dengan energi sebesar 14.000 kalori . reaksi glikolis is secara keseluruhan :
Glukosa + 2 Pi + 2 ADP ADP + 2NAD+
Bahan Ajar Biokimia Metabolisme Karbohidrat
2 piruvat + 2 ATP + 2NADH + 2H + + 2H2O
170
Gambar
7.2
Ringkasan J alur Glikolisis
Pada pros es glikol isis tidak hanya melibatkan glukosa sa ja, tetapi juga monosakar ida lain, misalnya fruktosa, galaktosa dan manosa.
Monosakarid a
tersebut diserap me lalui dinding u sus halus, dibawa ke hati. Di hati beberap a monosakar ida dan jug a glikogen meng alami beberap a reaksi pengubahan menjadi glukosa -6-fosfat dan selanjutnya masuk kedalam pros es glikolisis, seperti halnya dengan g lukosa. Enzim g alaktokinase me rupakan katalis pad a reaksi pembentukan g alaktosa -1-fosfat d ari g alaktosa. Kemudi an g alaktosa -1-
fosfat diu bah menjadi uridin difos fat galaktosa (UDP-galak tosa) oleh enzim UDP galaktosa pirofos forilas e yang terdapat dalam hati orang dewasa.
Bahan Ajar Biokimia Metabolisme Karbohidrat
171
Selanjutnya
UDP g alaktosa di ubah menj adi UDP glukosa oleh enzim UDP
glukosa epimeras e. Galaktosa 1-fosfat 1-fosfat + Uridin trifosfat === UDP galaktosa +Pirofosfat +Pirofosfat === UTP + Glukosa 1 f osfat
Akhirnya UDP galaktosa bereaksi deng an pirofosfat dan membentuk UTP dan glukosa -1-fosfat. Re aks i ini berlangsung dengan adanya enzim
UDP
glukosapirofosforilase sebagai katalis. Pada hati bayi atau anak-anak, tardapat
enzim fosfogalaktosa uridiltransferase. Enzim ini d apat mengu bah galaktosa1-fosfat menjadi glukosa-1-fosfat. Disamping monosakarida, gliserol jug a ikut serta dalam proses glikolisis. Gliserol sebagai hasil hidrolisis lemak dap at diubah menjadi gliserol-3-fos fat oleh enzim g liserolkinase. Gliserol-3-fosfat yang terbentuk kemudian diubah menjadi dihidroksiasetonfosfat oleh enzim gliserolfos fat
dehidroginase. Dihidroksiaseton f osfat te rdap at d alam keseimbangan dengan gliseraldehida-3-fos fat yang me rupakan salah satu has il antara dalam pros es glikolisis. Dalam
beberapa
jasad
renik
s eperti
ragi,
glukosa
doiksidasi
menghas ilkan et anol dan CO2 dalam p roses yang disebut fermentasi alkohol. Jalur met abolisme pros es ini sama deng an glikolisis sampai te rbentuk piruv at. Hanya dua tahap reaksi enzim y akni
1)reaks i
pe rubahan asam
piruv at menj adi asetalde hida dan 2)reaksi reduks i asetaldehida menjadi alkohol. Pada reaksi pertama piruvat didekarboks ilasi diu bah menj adi asetaldehida dan CO2 oleh piruvat dekarboks ilas e, suatu enzim y ang tidak
terdapat d alam hewan. Re aksi ini tid ak reversibel, memerlukan i on
Mg2+
dan
koenzim tiamin pirofosfat. Pada reaksi kedu a, aset aldehida direduksi oleh
NADH deng an enzim alkohol dehidrogen ase menghasilkan etanol. Dengan demikian etanol dan CO 2 me rupakan hasil akhir fermentasi alkohol, d an jumlah energi yang dihas ilkan sama deng an glikolisis anaerob yakni 2 ATP.
Bahan Ajar Biokimia Metabolisme Karbohidrat
172
Gambar 7.3
Metabolis me
7.2.1.2
Karbohidrat (fermentasi alkohol)
Glikogenesis dan Glikogenolisis Glikogenolisis
Telah dijelaskan bhwa glukosa me rupakan sumber bahan bagi pros es glikolisis, kar ena glukosa te rdpa t dalam jumlah banyak bila dibandingkan dengan monosakar ida lain. Oleh karen itu bila jumlah glukosa yang diperoleh dari m akanan te rlalu berlebih, maka glukosa akan disimpan deng an jalan diubah menj adi glikogen dalam hati dan jaringan otot. Proses sintesis glikogen d ari glukosa ini disebut glikogenesis. Glikogen dalam hati d ap at dibentuk dari asam laktat y ang dihas ilkan dari proses glikol isis. Gambar
7. 4
menunjukkan siklus perubahan g lukosa, asam laktat dan g likogen yang disebut siklus Cori.
Glikogen hati Asam laktat
Glukosa darah Glikogen otot
Gambar 7.4
Bahan Ajar Biokimia Metabolisme Karbohidrat
Siklus
Cori
173
Konsentras i g lukosa dalam d arah manusia normal ialah antara 80 dan 100
mg/100ml.
Setelah
makan makanan sumber karbohidrat, konsentras i
glukosa dapat naik hingga
120 -130
mg/100 ml, kemudian turun menj adi
normal lagi. Dalam keadaan berpuasa konsentrasi glukosa darah turun hingga 60 -70 mg/100 ml. Kondisi glukosa darah yang lebih tinggi d aripad a hiperglikemia, sedangkan y ang lebih rendah daripada normal normal disebut hiperglikemia,
disebut hipoglikemia . Bila konsent rasi te rlalu tinggi m aka sebagian glukosa dikeluarkan d ari tubuh melalui urine. Pembentukan glikogen dari glukosa, baik dalam hati m aupun dalam otot, dapat berlangsung adanya uridin difosfat glukosa.
Reaksi pembentukan g likogen ters ebut i alah sebagai berikut: Glikogen sintetase
UDPG + (g lukosa)
(glukosa) n+1 + UDP
Uridin difosfat glukosa dap at dibentuk dar reaks i uridintrifosfat deng an glikosa -1-fosfat. Kebalikan dari g likogenes is ialah glikogen olis, yaitu reaks i pemecahan glikogen menj adi molekul -molekul glukosa. Gambar berikut memperlihatkan reaksi glikogenesis maupun glikogenolisis.
Gambar 7.5 Proses Glikogenesis dan Glikogenolisis
Bahan Ajar Biokimia Metabolisme Karbohidrat
174
Glikogen yang terdapat dalam hati dan otot dapat dipecah menj adi molekul glukosa -1-fos fat melalui satu pros es yang disebut fos forolisis, yaitu reaksi deng an asam fosfat. Enzim f osforilas e ialah enzim y ang menj adi kat alis
pad a reaksi glikogenolisis ters ebut. Reaksi tersebut ditu lis sebagai berikut : F osforilase osforilase
Glikogen + asam fosfat
glukosa 1 -fosfat
Ada dua macam f osforilas e y aitu fos forilase a, bentuk aktif, dan f osforilas e b, suatu bentuk tidak aktif y ang dapat diaktifkan. Aktifase foforilas e b berlangsung oleh adanya fosfokinase, ATP dan ion Mg +.
2 fosforilas e b + 4 ATP
fosforilas e a + 4 ADP
Dalam hati glukosa-1-fosfat diu bah menjadi g lukosa -6-fosfat yang kemudian diu bah menjadi glukosa dan fosfat oleh enzim f osfatase. Glukosa
yang te r jadi masuk kedalam darah dan dibawa ke jaringan -jaringan. Glukosa 1 -fosfat
yang dihas ilkan oleh penguraian g likogen dalam otot diu bah menjadi
glukosa -6-fos fat untuk digunakan lebih lanjut dalam p roses glikolisis. Akan tet api kar ena dalam sel otot tidak te rdapat enzim fosfatase, maka glukosafosfat tidak dapat diubah menjadi glukosa .
7.2.1.3
Glikoneogenesis
Asam laktat y ang te r jadi pada pros es glikolisis dapat dibawa oleh darah ke hati. Di s ini asam laktat di u bah menj adi glukosa kembali melalui serangkaian reaks i dalam suatu pros es yang disebut glukone ogene sis
(pembentukan gula baru). Pada dasarnya glukoneogensis ini adalah sintesis glukosa dari s enyawa-s enyawa bukan karbohidrat, misalnya asam laktat d an beberapa asam amino. Pros es glukone ogene sis berlangsung te rutama dalam hati. Walaupun p roses glukoneogenesis ini adalah sintes is glukosa, namun bukan kebalikan dari proses glikolisis, karena ada tiga tahap reaksi dalam Bahan Ajar Biokimia Metabolisme Karbohidrat
175
glikolisis yang tidak reve rsibel, artinya diperlukan enzim lain untuk reaks i kebalikannya. heksokinase 1.
Glukosa + ATP
Glukosa 6 -fos fat + ADP fosfofruktokinase
2. Fruktosa 6-fosfat + ATP
Fruktosa 1,6-difosfat + ADP
piruvat kinase
3. Fosfoenol piruvat + ADP
asam piruv at + ATP
Deng an adanya tiga tahap reaks i y ang tidak reve rsibel tersebut, maka proses glukoneogenesis berlangsung melalui tahap reaksi lain, yaitu: Fosfoenolpiruvat dibentuk dari asam piruvat melalui pembentukan
1.
asam oksalo asetat. (a) asam piruvat + CO 2 + ATP + H 2O (b) oksaloasetat + guanosin trifosfat
asam oksaloas etat + ADP + fosfat + 2H +
fosfoenolpiruvat + guanosin difosfat + CO2
Reaks i (a) menggun akan katalis pi ruvatkarboksilase dan reaks i (b) menggunakan fos foenolpiruvat karboksilas e. Jumlah reaksi (a) dan (b) ialah: Asam piruvat + ATP + GTP + H 2O
fosfoen ol piruvat + ADP + GDP + fosfat +
2H+
2. Fruktosa -6-fos fat dibentuk dari fruktosa -1,6-difosfat deng an cara hidrolisis
oleh enzim fruktosa-1,6-difosfatase.
Fruktosa 1,6-difosfat + H 2O
fruktosa 6-f osfat + fosfat
3. Glukosa dibentuk deng an cara hidrolisis glukosa -6-fosfat dengan katalis glukosa -6-fos fatase. Glukosa 6-f osfat + H 2O Secara
glukosa + fosfat
garis besar pros es pem bentukan glukosa dapat dilihat pada gambar
berikut ini :
Bahan Ajar Biokimia Metabolisme Karbohidrat
176
Glukosa glukosa 1-fosfat
Glukosa 6-f osfat
glikogen
Fruktosa 6-fosfat Fruktosa 1,6-difosfat
Gliseral dehid 3-fosfat
dihidroksiaseton f osfat
gliserol
3-fosfogliserol fosfat 3-fosfogliserat 2-fosfogl iserat fosfoen olpiruvat oksaloas etat asa m lak tat
Gambar
7.6
piruvat
siklus asa m sitrat beberapa asa m amin o
Reaks i Glukoneogenesis
Dari skem a te rsebut t ampak adanya hubungan ant ara glukoneogensis dengan s iklus asam sitrat, yaitu suatu siklus reaks i kimia yang mengu bah asam piruvat menj adi CO2 + H2O dan menghas ilkan sejumlah energi dalam bentuk ATP, dengan p ros es oksidasi aerob. Apabila otot berkontraks i kar en a
digunakan untuk beker ja, maka asam piruvat d an asam laktat di has ilkan oleh proses glikolisis. Asam piruvat digun akan dalam siklus asam sitrat. Pad a wak tu otot digun akan, jum lah asam piruvat yang di has il kan me lebihi jumlah asam pi ruvat y ang di gun akan dalam siklus asa m sitrat. Dalam keadaan
demikian sejumlah asam piruvat diubah menjadi asam laktat deng an proses reduks i. Reaksi ini akan menghas ilkan NAD+ dari NADH.
Asam piruvat + NADH + H+
asam laktat + NAD+
Dalam proses glikolisis, asam laktat adalah hasil yang terakhir. Untuk metabolisme lebih lanjut, asam laktat harus diubah kembali menj adi asam piruv at te rlebih dahulu. Demikian pula untuk proses glukoneogenesis.
Bahan Ajar Biokimia Metabolisme Karbohidrat
177
7.2.1.4
DAUR ASAM SITRAT ( TCA )
Pada keadaan aerob setelah proses glikolisis langkah pem bentukan energi d ari glukosa adalah dekarboksilas i oksidatif piruvat menjadi asetil koenzim A (asetil KoA). Unit asetil aktif ini kemudian mengalami oks idasi sempurna menj adi CO2 melalui daur asam sitrat, yakni suatu rangkaian reaks i
yang dikenal sebagai siklus trikarboksilat, Siklus TCA (Tricarboksilat Acid) atau daur Krebs (dari n ama Hans Krebs) seorang ahli biokimia yang ber jasa dalam
penelitian met abolisme karbohidrat. Daur asam sitrat me rup akan jalur metabolisme bersama untuk oksidasi molekul bahan bakar sepe rti asam amino, asam lemak dan karboh idrat.
Sebagi an
besar molekul masuk daur
TCA sebagai asetil KoA. Siklus ini pula menyediakan senyawa antara untu k proses biosintesis. Pada sel eukaryotik siklus krebs ini berlangsung dalam mitokondria, berbed a deng an glikolisis yang berlangsung disitosol.
Gambar 7.7 Pengubahan Piruv at menjadi Asetil KoA
Berikut ini akan diu raikan t ahap-t ahap reaks i dalam TCA : 1. Pembentukan asetil Koenzim A (asetil KoA)
Asetil KoA di bentuk pada reaksi oksidasi asam pi p iruv at deng an K o-A. Reaksi ini menggun akan kompleks piruvatdehidrogenase s ebagai katalis. Koenzim y ang te rlibat reaksi ini ialah tiamin pirofos fat (TPP), NAD+, FAD, Koenzim A, asam lipoat dan ion Bahan Ajar Biokimia Metabolisme Karbohidrat
M g2+
s ebagai aktivator. Bersifat tidak
178
reversibel dan asetil KoA y ang ter jadi merupakan penghubung antara pros es
glikolisis deng an siklus asam sitrat. As etil KoA adalah senyawa berenergi tinggi d an dapat berfungsi sebagai zat pemberi gugus asetil atau dapat ikut dalam reaksi kondensas i.
Gambar 7.6
Siklus
Asam Sitrat (TCA)
Gambar 7. 8 Siklus Asam Sitrat (TCA)
2. Pembentukan asam Sitrat
Asam sitrat dibentuk oleh asetil KoA dengan asam oksaloas et at dengan c ara kondensas i. Enzim y ang terlibat adalah sitrat sintetase.
3. Pembentukan Asam Isositrat
Asam sitrat kemudian diubah menj adi asam i sositrat me lalui asam ci s akonit at dengan katalis enzim akonitase dengan Fe 2+
.
Dalam keadaan
keseimbang an terdapat 90% asam s itrat, 4% asam akonit at d an 6% asam
Bahan Ajar Biokimia Metabolisme Karbohidrat
179
isos itrat. Pada kondisi ini asam isos itrat sege ra diubah menj adi asam ketoglutarat sehingga keseimbangan akan bergeser kearah kanan.
4. Pembentukan Asam E-ketoglutarat
Asam isositrat diubah menj adi asam oksaloas uks inat, kemudian diubah lebih lanjut menj adi asam E-ketoglut arat.
Enzim isos itrat dehidrogenase beker ja pada reaks i pembentukan asam oksalosuks inat deng an koenzim NADP +, sed angkan enzim karboks ilas e beker ja pada reaks i berikutny a. Pada reaksi kedua ini disamping asam ketoglutarat, dihas ilkan pula CO2. Untuk
dihas ilkan
1
1
E-
mol asam isos itrat y ang diubah,
mol NADPH (senyawa nukleotid a nikotin amid te reduks i) dan
1
mol CO 2. Koenzim yang digun akan selain NADP, juga NAD.
5. Pembentukan
Asam
Suksinil KoA
E-k etoglut arat
dekarboks ilas i oks idatif. kompleks
E-k etoglutarat
diubah menjadi suks inil KoA dengan jalan
Suksinil
KoA yang te rbentuk dikatalisis enzim
dehidrogen ase. Enzim ini memerlukan tiamin
pirofosfat (TPP ), NAD +, FAD, Koenzim A, asam lipoat dan ion
Mg 2+
sebagai
kofaktor. An alog dengan reaksi pembentukan asetil KoA dari asam pi ruvat.
Reaksi berlangsung antara asam Bahan Ajar Biokimia Metabolisme Karbohidrat
E -k etoglutarat
deng an KoA menghas ilkan 180
suksinil KoA dan me lepaskan CO2 dan NADH. Yang unik adalah reaksi ini
tidak reve rsibel, sehingga
deng an demikian siklus asam sitrat secara
keseluruhan bersifat tid ak reve rsibel. Perlu diing at bahwa suks inil KoA adalah senyawa berenergi tinggi.
6. Pembentukan Suksinat
Asam Suksinat
te rbentuk melalui dekarboksilas e oksidatif dar i suks inil-KoA
dengan bantu an enzim suks inat tiokinase. Re aksi ini me lepaskan KoA s erta pembentukan gu anosin t rifos fat (GTP) dari guanosin difosfat (GDP ) dan bersifat reversibel. Gugus fosfat y ang terdapat pada molekul GTP sege ra
dipindahkan ke ADP deng an bantuan enzim nu kleosida difosfokinase.
7. Pembentukan Asam F umarat umarat
Asam suksinat diubah menjadi asam fum arat melalui proses oksidasi dengan menggun akan enzim suksinat de hidrogen ase dan FAD sebagai koenzim . Hidrogen yang dilepaskan oleh asam suksinat diterima oleh FAD+ sehingga te rbentuk FADH2. Koenzim flavin ini terikat kuat melalui ikatan kovalen dengan enzim suksin at dehidrogen ase.
8. Pembentukan Asam Malat
Asam malat te rbentuk dari asam fumarat dengan cara adisi (penambahan) H2O dan katalis fumaras e.
9. Pembentukan Asam Oksaloasetat Siklus
asam sitrat diakhiri dengan mengoksidasi (dehidrogenase)
asam L-malat menj adi asam oksaloas et at di bantu enzim m alat de hidrogen ase.
Reaksi ini me libatkan NAD+ sehingga te rbentuk NADH. Oksaloas etat y ang ter jadi kemudian bereaksi deng an asetil KoA dan asam s itrat y ang te rbentuk bereaks i lebih lanjut dalam siklus asam s itrat. Demikian reaksi te rsebut diatas berlangsung te rus menerus dan berulang kali.
Bahan Ajar Biokimia Metabolisme Karbohidrat
181
Siklus Glioksilat me rupakan m odifikas i siklus asam sitrat y ang hany a
ter jadi dalam sel tumbuhan d an j asad renik. Siklus ini tid ak ter jadi d alam sel hewan tingkat tinggi, kar ena tidak memiliki enzim isositrat liase dan malat sintase. Siklus ini sang at aktif pada benih kecambah.
Manf aat
siklus ini bagi
tanaman dan jasad renik adalah membuat karbohidrat dari asam lemak. Siklus
ini diawali dengan reaksi kondensas i asetil KoA dengan
oksaloas et at membentuk sitrat.
Molekul
asam sitrat diu bah menjadi isositrat
dengan katalis akonit ase. Selanjutnya isos itrat diuraikan la gi menjadi suks inat dan glioksilat deng an katalis isos itrat liase. Tahap selanjutnya glioksilat berkondensas i dengan asetil KoA kedua dan membentuk malat. Re aksi kondensas i ini dikatalisis oleh enzim malat sint ase.
Selanjutnya
malat
mengalami dehidrogen as i menjadi oksaloas etat y ang dapat berkondensas i dengan asetil KoA yang lain untuk memulai siklus selanjutny a. Reaks i lengkap siklus glioksilat dap at dilihat pada gambar berikut :
Gambar 7.8
Bahan Ajar Biokimia Metabolisme Karbohidrat
Siklus
Glioksila t
182
7.2.1.5
Proses Glikolisis
FOSFORILASI OKSIDATIF
dan
siklus asam sitrat secara keseluruhan
menghas ilkan energi y ang te rsimpan dalam bentuk molekul ATP. Untuk menget ahui berapa energi yang dihas ilkan dapat dika ji dari reaksi- reaksi yang ter jadi selama proses ini berlangsung.
Molekul
ATP y ang dihas ilkan
dari kedua kedu a reaksi dapat dilihat pada tabel beikut ini:
Tab el 7.1 ATP Yang Dihasilkan pada Reaksi Glikolisis dan Siklus TCA Reaksi P emindahan emindahan
1,3-difosfogliserat fosfoenol piruvat Suksinil K oA
JumlahATP/ Mol glukosa
NAD NAD NADP NAD FAD NAD
4 6 6 6 4 6
elektron
3 fosfogliseraldehida 1,3-difosfogliserat 1,3-difosfogliserat asetil K oA Piruvat E -ketoglutarat Isositrat Suksinil K oA E -ketoglutarat Suksinat fumarat Malat oksaloasetat ingkat T ingkat
oenzim K oenzim
Substrat 3-fosfogliserat piruvat suksinat
Jumlah Digunakan utk fosforilasi glukosa Jumlah bersih
2 2 2 38 -2 36
Dari tabel di atas dap at d ap at diketahui bahwa jumlah total bersih molekul ATP yang dihasikan adalah 36 mol ATP untuk tiap satu m ol glukosa. Ada dua macam pembentukan molekul
ATP, yaitu pembentukan
pada
tingkat substrat d an pembentukan ATP melal ui fosforilasi oksidatif atau transfer elektron. Enzim ²enzim y ang beker ja pada reaksi ini mem bentuk suatu rantai transfer elektron, yang terdiri atas zat-zat y ang d apat memind ahkan elektron dari y ang satu kepada yang lain deng an cara oksidasi dan reduksi secara Bahan Ajar Biokimia Metabolisme Karbohidrat
183
berganti an. Enzim ini te rdap at p ada mem bran mitokondria bagian dalam.
Proses ini disebut fosforilasi oksidatif dan me rupakan serangkaian reaks i kimia dalam sel yang berlangsung deng an c ara transfer elektron. Reaks i fosforilasi ini adalah reaksi penggabungan gugus fos fat anorganik ke d alam senyawa organik (ADP) dengan menggun akan sejumlah
energi, sehingga membentuk ikatan fosfat berenergi tinggi (ATP ) atau diartikan dengan proses pem bentukan ATP dari ADP d an Pi. Ene rgi yang yang digun akan untu k membentuk ikatan fosfat p ada keadaan standar ialah sebesar 7.000 kalori/mol.
Energi ini dipe roleh dari oksidasi NADH, sehingga reaksi ini d ap at digabungkan deng an reaksi pembentukan ATP. Ene rgi yang dihas ilkan oleh oksidasi 1 mol NADH dapat digun akan untu k membentuk 3 mol ATP ( 1 mol
NADH b.3 mol ATP ). Reaksinya sebagai berikut : ADP + H3PO4
ATP + H2O
NADH + H+ + ½ O2 + 3 ADP + 3H 3PO4 Energi lain y ang d ap at diperoleh
NAD+ + 3ATP + 4H2O
dari koenzim lain adalah reaksi
pembentukan asam fumarat dari asam suksinat menggun akan enzim suks inat dehidrogen ase dan FAD sebagai koenzim.
Molekul
FAD direduksi menj adi
FADH2, selanjutnya dioksidasi menjdi FAD kembali : FADH2 + ½ O2 Energi yang dihas ilkan oleh oksidasi
FAD + H2O 1
mol FADH 2 dapat menghas ilkan 2
mol ATP (1 mol FADH2 b.2 mol ATP). Ap abila
1
mol glukosa diubah menjadi
2 mol asam piruv at d an asam ini tid ak diubah menjadi asam laktat, maka terdapat 2 m ol NADH dalam sitoplasma. Dari 2 m ol NADH ini apabila dapat dioksidasi me lalui transfer elektron akan menghas ilkan 6 mol ATP. Namun membran bagian d alam d ari mitokondria pada sel eukariotik tidak perme abel bagi NADH. Oleh sebab itu NADH p ada glikolisis dioksidasi dulu menjadi
NAD+ oleh dihidroks i aseton fosfat. Dalam hal ini dihidroks i aseton fosfat diubah menj adi gliserol 3-f osfat y ang d ap at masuk me lalui mem bran bagian dalam mitokondria. Selanjutnya di mitokondria gliserol 3-f os fat ini diubah
Bahan Ajar Biokimia Metabolisme Karbohidrat
184
menjadi dihidroks iaseton f osfat kembali. Re aksi oksidasi ini diikuti oleh FAD yang direduksi menj adi FADH2. Jadi dari 2 mol NADH tadi diperoleh 2 mol FADH2 dan dari 2 m ol FADH2 ini dihas ilkan 4 mol ATP. Dihidroks iaseton fos fat d ap at keluar dari mitokondria dan digun akan untuk pros es yang sama . Dengan demikian proses oks idasi 1 mol glukosa s ecara kes eluruhan menghas ilkan 36 mol ATP. Proses
pembentukan
ATP
me lalui
t ransfer
elektron
d apat
digambarkan secara garis besar sebagai berikut :
Gambar
7.9
Proses pem bentukan ATP melalui transfer Elektron
Dari bagan di atas te rlihat bahwa elektron y ang terbentuk dipind ahkan melalui s itokro m b, sitokrom c dan sitokrom a, dan akhirnya digunakan untuk mengu bah molekul oksigen menj adi atom y ang bermuatan 2 neg atif. Sitokrom
meng andung i on be si y ang d apat berupa Fe3+ ataupun Fe 2+. Pada
tahap-tahap tertentu moleku l ATP terbentuk.
7.2.1.6
FOTOSINTESIS
Fotosintesis adalah pros es sintesis karbohidrat menggun akan energi matahari y ang dit angkap melalui reaks i kompleks dan melibatkan banyak molekul mikro dan m akro. Pros es ini me rupakan c ara tumbuhan mensintesis makanan. cahaya matahari
H2O + CO 2 Bahan Ajar Biokimia Metabolisme Karbohidrat
(CH2O )n
+ O2 185
Selain
karbohidrat pros es ini juga menghas ilkan oksigen s ehingga te rcapai
keseimbang an oks igen di alam. Blackman
(1905) menunjukkan bahwa fotosintesis te r jadi melalui 2
tahap, yakni reaksi terang dan reaksi gelap. Re aksi terang adalah proses perubahan energi cahaya menj adi energi kimia. Biasanya dalam bentuk ATP dan NADPH. Pada reaksi gelap pros esnya tidak langsung menggun akan cahaya matahari. Re aks i ini me rupakan
pengg abungan
CO2 dengan
senyawa karbon te reduksi hasil met abolisme karboh idrat secara enzim atik.
Atau me rupakan reaks i pembentukan karboh idrat (monosakar ida) melalui reduks i CO2 dengan menggunakan ATP dan NADPH y ang diperoleh pad a reaksi te rang.
Dikenal ada 3 jalur penambatan CO 2 yaitu : daur Calvin-Bassham (siklus C3), daur Hatch-Slack (atau siklus C4) dan jalur asam Crussullaceae (CAM). Calvin-Bassham d an Hatch-Slack adalah emp at ora ng pertama yang menemukan reaksi sintesis glukosa pada beberap a golongan tum buhan. C3 menunjukkan golongan senyawa berkarbon tiga (3-fosfogliserat) yang terbentuk sepe rti pada buah -buahan, sayur-sayuran, padi-padian dan kacangkacangan.
Sedang
C 4 menunjukka n golongan senyawa berkarbon empat
(oksaloas etat) yang te rbentuk pada tumbuhan tropik, dan tum buhan asl i daerah sedang sepe rti jagung, tebu, dan sorgum.
7.2.2
Latihan
Untuk memperdalam pemahaman anda tentang m ate ri di atas ker j akan soal -soal latihan berikut: 1.
Jelaskan peranan enzim-enzim y ang te rdapat d alam proses glikolisis.
2. Bagaimana pula pe ranan ATP d alam proses glikolisis. 3. Jelaskan peranan enzim-enzim berikut ini d alam siklus asam sitrat: a. piruv at dehidrogen ase
b. Tiokinase
c. suksinat dehidrogen ase
d. Sitrat sintet ase
Bahan Ajar Biokimia Metabolisme Karbohidrat
186
4. Jelaskan meng apa p ada reaksi 3-fosfogliseraldehida menj adi
1, 3-
difos fogliserat hanya dihas ilkan 4 mol ATP tiap mol glukosa. 5. Jelaskan ap a yang dim aksud deng an fosforilasi oksidatif. 6.
Meng ap a
enzim fosfofruktokinase dikatakan se bagai enzim kunci p ad a
proses glikolis is. 7.
Terangkan
bagaimana
reaksi
pemecahan
glikogen
d an
pembentukanny a. 8. Jelaskan mekanisme reaksi yang te r jadi pada proses fotosintesis. 9. Terangkan bagaimana reaksi glioksilat dap at ter jadi.
7.2.3 Petunjuk Jawaban soal-soal latihan : 1.
Mem bantu
degradasi
dlukosa
untuk
menghas ilkan
ATP
d an
memberikan unit-unit penu susn untuk sintesis komponen-komponen sel.
2. ATP dalam pros es glikolisis adalah untuk pengem ban gugus fosfat (pemasukan gugus fosfat) sehingga te r jadi sintesis ATP menj adi ADP dan Pi (ortofosfat). 3. sudah jelas diterangkan di atas 4. Pada reaks i ini dihas ilkan du a molekul NADH dan 4 molekul ATP untuk tiap molekul glukosa yang dioksidasi. Untuk 2 molekul NADH yang dihas ilkan dikurangi dengan 2 molekul NADH yang digun akan sebelumnya sehingga jumlahnya tet ap dalam sel.(lihat g ambar pros es
glikolis is) 5. Fosforilas i
oksidatif adalah reaks i
y ang mem bentuk suatu rantai
transfer elektron, yang terdiri atas zat-zat yang dapat memindahkan elektron dari y ang satu kepada yang lain dengan cara oks idasi dan reduks i secara berganti an. Fosforilasi oksidatif merupakan serangkaian reaksi kimia dalam sel yang berlangs ung dengan c ara transfer elektron.
Reaks i fosforilasi ini adalah reaksi penggabungan gugus fosfat anorganik ke dalam senyawa organik (ADP) deng an menggun akan Bahan Ajar Biokimia Metabolisme Karbohidrat
187
sejumlah energi, sehingga mem bentuk ikatan fos fat berenergi tinggi
(ATP) atau diartikan dengan proses pem bentukan ATP d ari ADP d an Pi. Ene rgi yang y ang digun akan untuk mem bentuk ikatan fosfat p ada keadaan stand ar ialah sebesar 7.000 kalori/mol.
6. Pada
glikolisis
fosfofruktokinase
reaks i-reaksi
yang
sebenarny a
adalah
dikatalisis ireversibel,
oleh
enzim
karena
itu
diharapkan enzim ini mempuny ai pe ran pengaturan maupun pe ran katalitikny a. Artiny a masing-masing enzim bertindak s ebagai situs
pengontrol.
Misalnya
penghambatan fos fofruktokinase oleh
H+
menceg ah pem bentukan laktat berlebihan dan penurun an ph darah yang tiba -tiba (asidosis). 7.
Melalui
7.4
reaksi g likogen olisis dan g likogenesis. (siklusnya lihat g ambar
uraian di atas)
8. sudah jelas, lihat uraian di atas 9. Siklus Glioksilat me rupakan m odifikas i siklus asam sitrat y ang hany a ter jadi dalam sel tumbuhan d an jasad reni k. Siklus ini tidak ter jadi dalam sel hewan karena tidak memiliki enzim isos itrat liase dan m alat sintase. Manfaat siklus ini bagi tanaman dan jasad renik adalah membuat karbohidrat dari asam lemak. Siklus ini diawali deng an reaksi kondensas i asetil KoA deng an oksaloas etat membentuk sitrat. Molekul asa m sitrat diu bah menj adi i sos itrat dengan ka talis akonit as e. Selanjutny a isos itrat diu raikan lagi menj adi suksinat d an g lioksilat dengan katalis isos itrat liase. Tahap selanjutnya glioksilat berkondensas i dengan asetil KoA kedua dan membentuk malat. Re aks i kondensas i ini dikatalisis oleh enzim malat sintase. Selanjutnya malat mengalami dehidrogen asi menjadi oksaloas etat yang dapat berkondensas i dengan asetil KoA y ang lain untuk memu lai siklus selanjutnya. 7.2.4
Rangkuman
Glikolisis adalah rangkaian reaksi yang mengkonversi glukosa menj adi piruv at. Pada organisme aerob glikol isis adalah awal siklus asam sitrat dan rantai transfor elektron, saat sebagian besar energi bebas glukosa dihas ilkan. Sepuluh
reaks i g likolisis te r jadi dalam sitosol. Pada tahap pe rtama, glukosa
dikonversi menj adi fruktosa 1,6 bifosfat me lalui re aks i fosforilas i, isomeras i dan fosforilasi kedua. Dua molekul ATP dip akai untuk reaksi ini. Tahap Bahan Ajar Biokimia Metabolisme Karbohidrat
188
kedua
fruktosa
1.6
difos fat
dipecah
oleh
aldolas e
membentuk
dihidroks iaseton fosfat dan gliseraldehida 3-f osfat yang dengan mud ah mengalami inte rkonversi. Gl iseraldehida 3-f osfat kemudian meng alami oksidasi dan fosforilas i membentuk
1.3- bifosfoglis era t
suatu asil fosfat
dengan potensi t ransfer fosforil yang tinggi. 3-fosfogliserat kemudian terbentuk dan ATP dihas ilkan. Tahap akhir glikolisis fosfoenolpiruv at, zat antara kedua dengan potens i transfer fosforil yang tinggi, dibentuk melalui
pergeseran fosfor il dan dehidrasi. ATP lainny a dihasilkan s ewaktu fosfoenolpiruv at dikonversi menjadi piruvat. Hasil akhir dua molekul ATP pada pembentukan 2 m olekul piruvat da ri satu molekul glukosa. Daur asam sitrat me rupakan jalur met abolisme bersama untuk oksidasi molekul bahan bakar seperti asam amino, asam lemak dan karbohid rat.
Sebagi an
besar molekul masuk daur TCA
sebagai asetil KoA. Siklus ini pula menyediakan senyawa antara untuk proses biosintesis. Reaks i berlangsung dimitokondria, bed a deng an g likolisis ter jadi
di sitosol. Siklus
asam sitrat dimulai deng an kondensas i oksaloas etat (C4) dengan
aseti KoA (C2) menghas ilkan sitrat(C6)
yang kemudian mengalami
isome risasi menj adi isos itrat (C4). Dekarboksilasi oksidatif senyawa ini menghas ilkan alfa -ketoglutarat (C5).
Molekul
CO2 kedua dihas ilkan, alfa -
ketoglutarat meng alami dekarboksilas i oksidatif menj adi suks inil KoA (C4).
Ikatan tioeste r suks inil KoA dipecah oleh Pi menghas ilkan suksinat (C4) dan GTP. Suksinat dioksidasi menjadi fumarat (C4) yang kemudian mengalami hidras i membentuk malat (C4). Akhirnya malat dioks idasi menghas ilkan kembali oksaloas et at. Jadi du a atom karbon dari asetil KoA memasuki daur
dan dua atom karbon meninggalkan d aur sebagai CO 2 pada dekarboksilas i d ehidrogenase d an alfa-ketoglutarat berturutan y ang dikatalis is oleh isos itrat de dehidrogen ase. Pada empat reaksi oksidasi reduks i dalam daur, tiga pasang e lektron dipindahkan ke NAD+ dan satu p asang dipind ahkan ke FAD. Pengem ban elektron te reduksi ini kemudian dioksidasi melalui rantai t ransfort elektron Bahan Ajar Biokimia Metabolisme Karbohidrat
189
menghas ilkan sembilan ATP. Sebagai t ambahan satu senyawa ATP te rbentuk langsung pada daur asam sitrat. Dengan demikian total dihas ilkan
10
ATP
untuk tiap f ragmen du a atom karbon y ang dioksidasi sempurna menjadi CO2 dan H2O. Daur asam sitrat beker ja pada kondisi aerob karena memerlukan suplai NAD+ dan FAD. Akseptor elektron ini di bentuk kembali bila NADH
dan FADH2 memind ahkan e lektronnya ke O 2 melalui rantai transfor elektron, dengan disertai pembentukan ATP.
7.3
PENUTUP
7.3.1 Tes
1.
Formatif
Sumber
energi segera yang mengge rakkan sintesis ATP selam a
fosforilas i oksidatif ialah: a. oksidasi glukosa dan senyawa organik lainnya b. aliran elektron menu runi rant ai transpor elektron
c. afinitas oks igen terhadap e lektron d. perbedaan konsentrasi H+ pada s isi-sisi y ang berlawanan dari membran dalam mitokond ria . e. trans fer fos fat d ari inte rmediat siklus Krebs ke ADP 2. Jelaskan peranan enzim-enzim berikut ini d alam siklus asam sitrat: a. suksinat dehidrogen ase
b. fumarase
c. malat de hidrogen ase
d. isositrat dehidrogen ase
3. Tulislah pe rsamaan keseimbangan konversi glukosa menjadi laktat (ferment asi laktat). Hitunglah pe rubahan energi bebas baku reaks i ini dengan menggun aka n d ata yang diberikan dengan ketentu an bahwa ((Go· untuk reaks i adalah -6.0 kkal. Piruvat + NADH + H+ ===== laktat + NAD + 4. Berapa
( Go
untuk oksidasi sempurna unit asetil dari asetil KoA
melalui d aur asam sitrat. 5.
Pembentukan
oksaloasetat. Oksidasi malat oleh NAD untuk membentuk
oksaloas et at me rupakan reaks i yang sang at endogenik p ada keadaan Bahan Ajar Biokimia Metabolisme Karbohidrat
190
standar ( (Go = + 7 kkal/mol). Reaks i berlangsung deng an mudah pada keadaan fisiologis a.
Mengapa?
b. Bila rasio (NAD+)/(NADH ) = 8 d an pH =
7,
berapa ras io
(malat)/(oksaloaset at) te rendah agar oksaloas ett d ap at di bentuk dari malat. 6.
Sebutkan
enzim yang diperlukan untuk sintesis bersih oksaloas et at
dari asetilKoA. Berapa ATP y ang dihas ilkan bila masing-masing s ubstrat berikut
7.
dioksidasi sempurna menj adi CO2 oleh homogen at s el mamali a? Proses-proses glikolisis, daur asam sitrat dan fosforilasi oksidatif diasumsikan dalam keadaan sangat aktif .
8.
7.3.2
a. piruv at
d. Fosfoenolpiruvat
b. laktat
e. Galaktosa
c. fruktosa 1,6 bifosfat
f. Dihidroksiaseton fos fat
Sebutkan
tipe-tipe reaksi yang ter jadi pada proses glikolisis.
Umpan Balik
Anda dap at mengu asai mate ri ini deng an baik jika mempe rhatikan hal-hal berikut: 1.
Mem buat
ringkasan materi pada setiap bab sebelum m ate ri ters ebut
dibahas dalam diskusi kelas. 2. Aktif dalam diskusi ba ik kelompok kecil maupun kelompok besar. 3.
Menger j akan
7.3.3 Tindak
1.
latihan.
Lanjut
Apabila mahas iswa dapat menyelesaikan 8 0% dari te st f ormatif diatas, maka mahasiswa te rsebut dapat melanjut kan ke bab selanjutnya, sebab pengetahuan tentang metabolisme karohidrat
adalah dasar
penget ahuan untuk bab-bab selanjutnya.
Bahan Ajar Biokimia Metabolisme Karbohidrat
191
2. Jika ada diantara mahas iswa belum mencapai pengu asaan 80% dianjurkan untuk : -
mempe la jari kembali topik di atas dari awal
-
berdiskusi deng an teman te rutama pada hal -hal yang belum
dikuasai -
bertany a kepada dos en jika ada hal -hal yang tidak jelas dalam
diskusi.
7.3.4
1.
Kunci Jawaban tes formatif
D
2. a.
oksidasi suksinat menjadi fumarat; b.oksidasi malat membentuk
oksaloasetat, c. Mengubah fumarat menjadi malat, d. Kondensasi isositrat menjadi alfaketo-glutarat. alfaketo-glutarat.
3. Glukosa + 2 Pi + ADP
2 L aktat + 2 ATP
( Go·
= -27, 2 kkal/mol
4. -9,8 kkal/mol 5.
a. Kons entrasi produk pada keadaan keseimbangan ( steadystate concentration) lebih rend ah dibandingkan konsentras i substrat
tersebut. b. Rasio malat-oksaloas etat harus lebih besar dari 1,75 x
104
supaya
oksaloas et at dapat te rbentuk.
6. Enzim sitrat sintetase 7.
a. 12,5; b. 15; c. 32; d. 13,5; e. 30; f. 17
8. Tipe reaksi; transfer fosforil, pergeseran fosforil, isomerisasi, dehidrasi, pemecahan aldol, fosforilasi dirangkai dengan oksidasi.
Bahan Ajar Biokimia Metabolisme Karbohidrat
192
BUKU SUMBER 1.
2. 3. 4. 5. 6. 7.
Campbell Reece-Mitchell, 2002, Biologi, edisi Kelima-Jilid I ; E rlangga Strye r Lubert., 2000, Biochemistry, volume 1, 2,3 edisi 4., EGC J akarta iokimia, Ter jemahan Maggi Lehninge r., 1998, Dasar ²Dasar Biokimia, Thenawijaya., Jilid 1,2, 3., Erlangga, Jakarta. Murra y, Robert (et,al)., 1999, Harper·s Review Of Biochemistry., Edisi 24 , EGC., Jakarta. Arbianto,P., 1993, Biokimia Konsep-Konsep Dasar, DEPDIK BUD, DIKTI, Proyek Pendidikan Tenaga Akademik; Jakarta. Poedjiadi,A., 1994, Dasar-Dasar Biokimia. Universitas Indonesia-Press. Wirahadikusuma, M., 1985, Biokimia Metabolisme Energi, Karbohidrat, Lipid, ITB; Bandung Dan Lipid,
SENARAI
Daur Glioksilat : merupakan m odifikasi siklus asam sitrat y ang hanya te r jadi dalam sel tumbuhan d an jasad renik. Siklus ini tidak te r jadi dalam sel hewan tingkat tinggi, karena tidak memiliki enzim isositrat liase dan malat sintase. kecambah.
M anf aat
Siklus
ini sangat aktif p ada benih
s iklus ini bagi tanaman dan jasad renik
adalah mem buat karbohidrat d ari asam lemak.
Glukagon : Hormon peptida yang disekr esikan oleh sel -sel endokr in pankreas yang berfungsi untuk men aikkan kadar gula darah, yang merupakan hormon yang berlawanan dengan fungsi insulin. Glikogenesis : Pros es s intes is glikogen dari glukosa.
Sebagai
akibat dari
jumlah glukosa yang diperoleh dari makanan terlal u berlebih maka glukosa disimpan deng an jalan diubah menjadi glikogen. Glikogenolisis : reaksi pemecahan molekul glikogen menj adi molekulmolekul glukosa. Glikone ogenesis
: Pembentukan gula baru atau sintesis glukosa dari
senyawa-senyawa bukan karboh idrat, misalny a asam laktat, dan beberapa senyawa asam amino.
Hipoglisemia : K adar glukosa dalam darah lebih rendah dari kadar normal Hiperglisemia : Kadar glukosa darah lebih tinggi dari kad ar normal.
Bahan Ajar Biokimia Metabolisme Karbohidrat
193