BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Masalah
Di dalam kehidupan, karbohidrat merupakan molekul
yang sangat penting bagi tubuh makhluk hidup. Kata karbohidrat berasal dari kata
karbon dan air. Secara sederhana karbohidrat didefinisikan sebagai polimer
gula. Karbohidrat adalah senyawa karbon yang mengandung sejumlah besar gugus
hidroksil. Karbohidrat paling sederhana bisa berupa aldehid (disebut
polihidroksialdehid atau aldosa) atau berupa keton (disebut polihidroksiketon
atau ketosa). Pokok bahasan
ini erat kaitannya dengan kerja tubuh kita sehari-hari. Selain untuk menambah
pengetahuan dan wawasan kami, pembuatan makalah ini juga dapat membuat kami
menyadari akan kebesaran Allah Yang Maha Esa dan menjadi belajar lebih
bersyukur.
Dengan adanya naluri rasa ingin tahu pada diri manusia menyebabkan perkembangan yang
sangat pesat dibidang apapun, termasuk masalah yang
berkaitan dengan metabolisme karbohidrat yang diangkat dari berbagai media seperti buku, internet, dan
lain-lain.
B. Rumusan Masalah
a.
Apakah yang dimaksud dengan metabolisme karbohidrat?
b.
Bagaimana proses glikolisis?
c.
Apakah yang dimaksud dengan glikogenesis dan glikogenolisis?
d.
Bagaimanakah siklus
asam sitrat?
e.
Berapakah energi yang dihasilkan dari metabolisme karbohidrat?
C. Tujuan Penulisan
1.
Untuk mengetahui
pengertian metabolisme karbohidrat.
2.
Untuk mengetahui proses glikolisis.
3.
Untuk mengetahui proses glikogenesis dan
glikogenolisis.
4.
Untuk mengetahui proses siklus asam
sitrat.
5.
Untuk mengetahui energi yang dihasilkan dari metabolisme karbohidrat.
D. MetodePenulisan
Pada makalah ini kami menggunakan
metode perpustakaan yang berasal dari buku-buku pengetahuan alam dan melalui
media internet.
BAB II
METABOLISME KARBOHIDRAT
A.
Pengertian Metabolisme
Metabolisme merupakan modifikasi senyawa kimia secara biokimia di dalam organisme dan sel. Metabolisme mencakup sintesis (anabolisme) dan penguraian (katabolisme) molekulorganik kompleks. Metabolisme biasanya terdiri atas
tahapan-tahapan yang melibatkan enzim, yang dikenal pula sebagai jalur metabolisme. Metabolisme total
merupakan semua proses biokimia di dalam organisme. Metabolisme sel mencakup
semua proses kimia di dalam sel. Tanpa metabolisme, makhluk hidup tidak dapat
bertahan hidup.
Proses
metabolisme meliputi:
1. Katabolisme, pemecahan molekul besar yang
disertai penyerapan energi.
2. Anabolisme, pembentukan molekul yang
disertai penyerapan energi.
Senyawa yang
berperan dalam metabolisme sebagai pemindah energi adalah ATP dan ADP,
sedangkan yang mengatur proses metabolisme adalah Enzim.
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 gudang yang 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.
Terdapat beberapa jalur metabolisme karbohidrat
baik yang tergolong sebagai katabolisme maupun anabolisme yaitu
glikolisis, oksidasi piruvat, siklus asam sitrat, glikogenesis, glikogenolisis
serta glukoneogenesis.
Secara ringkas, jalur-jalur metabolisme
karbohidrat dijelaskan sebagai berikut:
1.
Glukosa sebagai bahan bakar utama akan
mengalami glikolisis (dipecah) menjadi 2 piruvat jika tersedia oksigen. Dalam tahap ini dihasilkan
energy berupa ATP.
2.
Selanjutnya masing-masing piruvat
dioksidasi menjadi asetil KoA. Dalamtahapinidihasilkanenergiberupa ATP.
3.
Asetil KoA akan masuk ke jalur persimpangan
yaitu siklus asam sitrat. Dalamtahapinidihasilkanenergiberupa ATP.
4. Jika
sumber glukosa berlebihan, melebihi kebutuhan energi kita maka glukosa tidak
dipecah, melainkan akan dirangkai menjadi polimer glukosa (disebut glikogen).
Glikogen ini disimpan di hati dan otot sebagai cadangan energi jangka pendek.
Jika kapasitas penyimpanan glikogen sudah penuh, maka karbohidrat harus
dikonversi menjadi jaringan lipid sebagai cadangan energi jangka panjang.
5. Jika
terjadi kekurangan glukosa dari diet sebagai sumber energi, maka glikogen
dipecah menjadi glukosa. Selanjutnya glukosa mengalami glikolisis, diikuti
dengan oksidasi piruvat sampai dengan siklus asam sitrat.
6. Jika
glukosa dari diet tak tersedia dan cadangan glikogenpun juga habis, maka sumber
energi non karbohidrat yaitu lipid dan protein harus digunakan. Jalur ini
dinamakan glukoneogenesis (pembentukan glukosa baru) karena dianggap lipid dan
protein harus diubah menjadi glukosa baru yang selanjutnya mengalami katabolisme
untuk memperoleh energi.
Jadi pengertian
metabolisme karbohidrat adalah suatu proses reaksi secara mekanis dan
kimiawi karbohidrat di dalam tubuh makhluk hidup.
B. Proses
Glikolisis
Glikolisis
adalah serangkaian
reaksi yang menguraikan satu molekul glukosa menjadi dua molekul asam piruvat.
Glikolisis berlangsung di dalam sitosol semua sel. Lintasan katabolisme ini
adalah proses pemecahan glukosa menjadi:
1.
asam piruvat, pada reaksi
aerob (tersedia oksigen)
2.
asam laktat, pada reaksi
anaerob (tidak tersedia oksigen)
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 +2Pià 2L(+)-Laktat +2ATP +2H2O
Secara rinci, tahap-tahap dalam lintasan glikolisis adalah sebagai berikut:
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.
Mg2+
Glukosa + ATP àglukosa 6-fosfat + ADP
2.
Glukosa 6-fosfat diubah
menjadi Fruktosa 6-fosfat dengan
bantuan enzim fosfoheksosaisomerase dalam
suatu reaksi isomerasi aldosa-ketosa. Enzim ini hanya bekerja pada anomerµ-glukosa 6-fosfat.
µ-D-glukosa 6-fosfat «µ-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)
µ-D-fruktosa 6-fosfat + ATP « D-fruktosa 1,6-bifosfat
4.
Fruktosa 1,6-bifosfat dipecah menjadi 2 senyawa
triosa fosfat yaitu gliserahdehid
3-fosfat dan dihidroksi aseton
fosfat. Reaksi
ini dikatalisir oleh enzim aldolase (fruktosa
1,6-bifosfat aldolase).
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). Reaksi bolak-balik ini mendapatkan katalisator enzim fosfotriosa isomerase.
D-gliseraldehid 3-fosfat «dihidroksiasetonfosfat
6. Glikolisis berlangsung melalui oksidasi Gliseraldehid 3-fosfat menjadi1,3-bifosfogliserat, dan karena
aktivitas enzim fosfotriosaisomerase, senyawa dihidroksi aseton fosfat juga
dioksidasi menjadi 1,3-bifosfogliserat 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. 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 masing-masing 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)
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 1,3bifosfogliserat. Fosfat berenergi tinggi ini
ditangkap menjadi ATP dalam reaksi
lebih lanjut dengan ADP, yang dikatalisir oleh enzim fosfogliserat kinase. Senyawasisa
yang dihasilkanadalah3-fosfoglisd2erat.
1,3-bifosfogliserat + ADP « 3-fosfogliserat +
ATP
Catatan:
Karena ada dua molekul 1,3-bifosfogliserat, maka energi yang dihasilkan
adalah 2 x 1P = 2P. (+2P).
8.
3-fosfogliserat diubah menjadi 2-fosfogliserat dengan dikatalisir oleh
enzim fosfogliserat mutase. Senyawa 2,3-bifosfogliserat (difosfogliserat, DPG)
merupakan intermediate dalam reaksi ini.
3-fosfogliserat « 2-fosfogliserat
9.
2-fosfogliserat diubah menjadi fosfoenol piruvat (PEP) dengan bantuan
enzim enolase. 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 Mg2+ atau Mn2+.
2-fosfogliserat
« fosfoenol piruvat + H2O
10.
Fosfat berenergi tinggi PEPdipindahkan
pada ADP oleh enzim piruvat kinase sehingga menghasilkan ATP. 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.
Fosfoenol
piruvat + ADP à 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.
Piruvat
+ NADH + H+à L(+)-Laktat + NAD+
Dalam keadaan aerob, piruvat diambil oleh mitokondria, dan setelah konversi menjadi asetil-KoA, akan dioksidasi menjadi CO2melalui 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).
B. Proses Glikogenesis Dan Glikogenolisis
Tahap pertama metabolisme karbohidrat
adalah pemecahan glukosa (glikolisis) menjadi piruvat. Selanjutnya piruvat
dioksidasi menjadi asetil KoA. Akhirnya asetil KoA masuk ke dalam rangkaian
siklus asam sitrat untuk dikatabolisir menjadi energi. Proses di atas terjadi
jika kita membutuhkan energi untuk aktifitas, misalnya berpikir, mencerna
makanan, bekerja dan sebagainya. Jika kita memiliki glukosa melampaui kebutuhan
energi, maka kelebihan glukosa yang ada akan disimpan dalam bentuk glikogen. Proses anabolisme ini
dinamakan glikogenesis.
1.
Glikogenesis
Glikogen merupakan bentuk simpanan
karbohidrat yang utama di dalam tubuh dan analog dengan amilum pada tumbuhan.
Unsur ini terutama terdapat didalam hati (sampai 6%), otot jarang melampaui
jumlah 1%. Akan tetapi karena massa otot jauh lebih besar daripada hati, maka
besarnya simpanan glikogen di otot bisa
mencapai tiga sampai empat kali lebih banyak. Seperti amilum, glikogen
merupakan polimer µ-D-Glukosa
yang bercabang.
Glikogen otot berfungsi sebagai sumber
heksosa yang tersedia dengan mudah untuk proses glikolisis di dalam otot itu
sendiri. Sedangkan glikogen hati sangat berhubungan dengan simpanan dan
pengiriman heksosa keluar untuk mempertahankan kadar glukosa darah, khususnya
pada saat di antara waktu makan. Setelah 12-18 jam puasa, hampir semua simpanan
glikogen hati terkuras habis. Tetapi glikogen otot hanya terkuras secara
bermakna setelah seseorang melakukan olahraga yang berat dan lama.
Glikogenesis
adalah lintasan
metabolisme yang
mengkonversi glukosa menjadi glikogen untuk disimpan di dalam hati. Lintasan ini diaktivasi di dalam hati, oleh hormon insulin sebagai respon terhadap rasio gula darah yang meningkat, misalnya karena kandungan karbohidrat setelah makan atau teraktivasi pada akhir siklus Cori.
Rangkaian proses terjadinya glikogenesis
digambarkan sebagai berikut:
1.
Glukosa
mengalami fosforilasi menjadi glukosa 6-fosfat (reaksi yang lazim terjadi juga pada lintasan
glikolisis). Di otot reaksi ini dikatalisir oleh heksokinase sedangkan di hati oleh glukokinase.
2.
Glukosa
6-fosfat diubah menjadi glukosa
1-fosfat dalam reaksi dengan bantuan katalisator enzim fosfoglukomutase. Enzim itu sendiri akan mengalami
fosforilasi dan gugus fosfo akan mengambil bagian di dalam reaksi reversible
yang intermediatnya adalah glukosa 1,6-bifosfat.
Enz-P + Glukosa 6-fosfat «Enz + Glukosa 1,6-bifosfat « Enz-P + Glukosa 1-fosfat
3.
Selanjutnya glukosa 1-fosfat bereaksi dengan uridin trifosfat (UTP) untuk membentuk uridin difosfat glukosa (UDPGlc). Reaksi ini dikatalisir oleh enzim UDPGlcpirofosforilase.
UTP
+ Glukosa 1-fosfat «UDPGlc + PPi
4. Hidrolisis pirofosfat inorganic berikutnya oleh enzim pirofosfatase
inorganik akan menarik reaksi kea rah kanan persamaan reaksi
5.
Atom C1
pada glukosa yang diaktifkan oleh UDPGlc
membentuk ikatan glikosidik dengan
atom C4pada residu glukosa terminal glikogen, sehingga membebaskan uridin difosfat. Reaksi ini
dikatalisir oleh enzim glikogen sintase.
Molekul glikogen yang sudah ada sebelumnya (disebut glikogen primer) harus ada untuk memulai reaksi ini. Glikogen
primer selanjutnya dapat terbentuk pada primer protein yang dikenal sebagai
glikogenin.
UDPGlc + (C6)nà UDP + (C6)n+1
Glikogen Glikogen
Residu glukosa yang lebih lanjut melekat
pada posisi 1à4 untuk
membentuk rantai pendek yang diaktifkan oleh glikogen sintase. Pada otot rangka
glikogenin tetap melekat pada pusat molekul glikogen, sedangkan di hati
terdapat jumlah molekul glikogen yang melebihi jumlah molekul glikogenin.
6.
Setelah rantai dari glikogen primer
diperpanjang dengan penambahan glukosa tersebut hingga mencapai minimal 11
residu glukosa, maka enzim pembentuk
cabang memindahkan bagian dari rantai 1à4 (panjang minimal 6 residu glukosa) pada
rantai yang berdekatan untuk membentuk rangkaian
1à6 sehingga membuat titik
cabang pada molekul tersebut.
Cabang-cabang ini akan tumbuh dengan penambahan lebih
lanjut 1àglukosil
dan pembentukan cabang selanjutnya. Setelah jumlah residu terminal yang non
reduktif bertambah, jumlah total tapak reaktif dalam molekul akan meningkat
sehingga akan mempercepat glikogenesis maupun glikogenolisis.
Tampak bahwa setiap penambahan 1 glukosa pada glikogen dikatalisir
oleh enzim glikogen sintase.
Sekelompok glukosa dalam rangkaian linier dapat putus dari glikogen induknya
dan berpindah tempat untuk membentuk
cabang. Enzim
yang berperandalamtahapiniadalahenzimpembentukcabang
(branching enzyme).
2. Glikogenolisis
Glikogenolisis merupakan lintasan metabolisme yang digunakan oleh
tubuh, selain glukoneogenosis untuk menjaga keseimbangan kadar glukosa di dalam plasma
darah untuk menghindari simtomahipoglisemia. Jika glukosa dari diet tidak dapat
mencukupi kebutuhan, maka glikogen harus dipecah untuk mendapatkan glukosa
sebagai sumber energi. Proses ini dinamakan glikogenolisis. Glikogenolisis
seakan-akan kebalikan dari glikogenesis, akan tetapi sebenarnya tidak demikian.
Untuk memutuskan ikatan glukosa satu
demi satu dari glikogen diperlukan enzim fosforilase.
Enzim ini spesifik untuk proses fosforolisis rangkaian 1à4 glikogen untuk menghasilkan glukosa 1-fosfat. Residu glukosil
terminal pada rantai paling luar molekul glikogen dibuang secara berurutan
sampai kurang lebih ada 4 buah residu glukosa yang tersisa pada tiap sisi
cabang 1à6.
(C6)n + Pià (C6)n-1 + Glukosa
1-fosfat
Glikogen Glikogen
Glukan
transferase dibutuhkan sebagai katalisator pemindahan unit trisakarida dari satu
cabang ke cabang lainnya sehingga
membuat titik cabang 1à6
terpajan. Hidrolisis ikatan 1à6 memerlukan
kerja enzim enzim pemutus cabang
(debranching enzyme) yang spesifik. Dengan pemutusan cabang tersebut,
maka kerja enzim fosforilase selanjutnya dapat berlangsung.
C.
Siklus Asam Sitrat
Siklus ini juga sering disebut sebagai
siklus Kreb’s dan siklus asam trikarboksilat dan berlangsung di dalam
mitokondria. Siklus asam sitrat merupakan jalur
bersama oksidasi karbohidrat, lipid dan protein.
Siklus asam sitrat merupakan rangkaian
reaksi yang menyebabkan katabolisme asetil KoA, dengan membebaskan sejumlah
ekuivalen hidrogen yang pada oksidasi menyebabkan pelepasan dan penangkapan
sebagaian besar energi yang tersedia dari bahan baker jaringan, dalam bentuk
ATP. Residu asetil ini berada dalam bentuk asetil-KoA (CH3-CO~KoA, asetat aktif), suatu ester koenzim A.
Ko-A mengandung vitamin asam pantotenat.
Fungsi utama siklus asam sitrat adalah
sebagai lintasan akhir bersama untuk oksidasi karbohidrat, lipid dan protein.
Hal ini terjadi karena glukosa, asam lemak dan banyak asam amino dimetabolisir
menjadi asetil KoA atau intermediat yang ada dalam siklus tersebut.
Selama proses oksidasi asetil KoA di dalam
siklus, akan terbentuk ekuivalen pereduksi dalam bentuk hidrogen atau elektron
sebagai hasil kegiatan enzim dehidrogenase spesifik. Unsur ekuivalen pereduksi
ini kemudian memasuki rantai respirasi tempat sejumlah besar ATP dihasilkan
dalam proses fosforilasi oksidatif. Pada keadaan tanpa oksigen (anoksia) atau
kekurangan oksigen (hipoksia) terjadi hambatan total pada siklus tersebut.
Enzim-enzim siklus asam sitrat terletak di dalam matriks mitokondria, baik
dalam bentuk bebas ataupun melekat pada permukaan dalam membran interna
mitokondria sehingga memfasilitasi pemindahan unsur ekuivalen pereduksi ke
enzim terdekat pada rantai respirasi, yang bertempat di dalam membran interna
mitokondria.
Reaksi-reaksi pada siklus asam sitrat
diuraikan sebagai berikut:
1.
Kondensasi awal asetil KoA dengan oksaloasetat
membentuk sitrat, dikatalisir
oleh enzim sitrat sintase
menyebabkan sintesis ikatan karbon ke karbon di antara atom karbon metil pada
asetil KoA dengan atom karbon karbonil pada oksaloasetat. Reaksi kondensasi,
yang membentuk sitril KoA, diikuti oleh hidrolisis ikatan tioester KoA yang
disertai dengan hilangnya energi bebas dalam bentuk panas dalam jumlah besar,
memastikan reaksi tersebut selesai dengan sempurna.
Asetil KoA + Oksaloasetat + H2O à Sitrat + KoA
2.
Sitrat dikonversi menjadi isositrat oleh
enzim akonitase (akonitat hidratase)
yang mengandung besi Fe2+ dalam bentuk protein besi-sulfur (Fe:S).
Konversi ini berlangsung dalam 2 tahap, yaitu: dehidrasi menjadi sis-akonitat, yang sebagian di antaranya terikat
pada enzim dan rehidrasi menjadi
isositrat.
Reaksi tersebut dihambat oleh fluoroasetat yang dalam
bentuk fluoroasetil KoA mengadakan kondensasi dengan oksaloasetat untuk
membentuk fluorositrat. Senyawaterakhirinimenghambatakonitasesehinggamenimbulkanpenumpukansitrat.
3.
Isositrat
mengalami dehidrogenasi membentuk oksalosuksinat dengan adanya enzim isositrat dehidrogenase. Di antara enzim ini ada yang spesifik NAD+,
hanya ditemukan di dalam mitokondria. Dua enzim lainnya bersifat spesifik NADP+
dan masing-masing secara berurutan dijumpai di dalam mitokondria serta sitosol.
Oksidasi terkait rantai respirasi
terhadap isositrat berlangsung hampir sempurna melalui enzim yang bergantung
NAD+.
Isositrat + NAD+« Oksalosuksinat «µ–ketoglutarat
+ CO2 + NADH + H+ (terikat enzim)
Kemudian terjadi dekarboksilasi menjadi µ–ketoglutarat yang juga dikatalisir oleh enzim isositrat
dehidrogenase. Mn2+ atau Mg2+ merupakan komponen
penting reaksi dekarboksilasi. Oksalosuksinat tampaknya akan tetap terikat pada
enzim sebagai intermediate dalam keseluruhan reaksi.
4.
Selanjutnya µ–ketoglutarat mengalami dekarboksilasi oksidatif
melalui cara yang sama dengan dekarboksilasi oksidatif piruvat, dengan kedua
substrat berupa asam µ–keto.
µ–ketoglutarat + NAD+ + KoA à Suksinil KoA + CO2 +
NADH + H+.
Reaksi tersebut yang dikatalisir oleh kompleks µ–ketoglutarat dehidrogenase, juga
memerlukan kofaktor yang idenstik dengan kompleks piruvat dehidrogenase,
contohnya TDP, lipoat, NAD+, FAD serta KoA, dan menghasilkan
pembentukan suksinil KoA (tioester
berenergi tinggi). Arsenit menghambat reaksi di atas sehingga menyebabkan
penumpukan µ–ketoglutarat.
5.
Tahap selanjutnya terjadi perubahan suksinil KoA menjadi suksinat dengan adanya peran enzim suksinat tiokinase (suksinil KoA
sintetase).
Suksinil KoA + Pi + ADP « Suksinat + ATP + KoA
Dalam siklus asam sitrat, reaksi ini adalah satu-satunya
contoh pembentukan fosfat berenergi tinggi pada tingkatan substrat dan terjadi
karena pelepasan energi bebas dari dekarboksilasi oksidatif µ–ketoglutarat cukup memadai untuk
menghasilkan ikatan berenergi tinggi disamping pembentukan NADH (setara dengan
3~P.
6.
Suksinat
dimetabolisir lebih lanjut melalui reaksi dehidrogenasi
yang diikuti oleh penambahan air dan kemudian oleh dehidrogenasi lebih lanjut
yang menghasilkan kembali oksaloasetat.
Suksinat + FAD « Fumarat + FADH2
Reaksi dehidrogenasi pertama dikatalisir oleh enzim suksinat dehidrogenase yang terikat
pada permukaan dalam membrane interna mitokondria, berbeda dengan enzim-enzim
lain yang ditemukan pada matriks. Reaksi ini adalah satu-satunya reaksi
dehidrogenasi dalam siklus asam sitrat yang melibatkan pemindahan langsung atom
hydrogen dari substrat kepada flavoprotein tanpa peran NAD+. Enzim
ini mengandung FAD dan protein besi-sulfur (Fe:S). Fumarat terbentuk sebagai hasil dehidrogenasi. Fumarase (fumarat hidratase) mengkatalisir penambahan air pada fumarat untuk menghasilkan malat.
Fumarat + H2O «
L-malat
Enzim fumarase juga mengkatalisir penambahan unsure-unsur
air kepada ikatan rangkap fumarat dalam konfigurasi trans. Malat dikonversikan menjadi oksaloasetat
dengan katalisator berupa enzim malat
dehidrogenase, suatu reaksi yang memerlukan NAD+.
L-Malat + NAD+« oksaloasetat + NADH + H+
Enzim-enzim dalam siklus asam sitrat,
kecuali alfa ketoglutarat dan suksinat dehidrogenase juga ditemukan di luar
mitokondria. Meskipun dapat mengkatalisir reaksi serupa, sebagian enzim
tersebut, misalnya malat dehidrogenase pada kenyataannya mungkin bukan
merupakan protein yang sama seperti enzim mitokondria yang mempunyai nama sama (dengan kata lain
enzim tersebut merupakan isoenzim).
Pada proses oksidasi yang dikatalisir enzim
dehidrogenase, 3 molekul NADH dan 1 FADH2 akan dihasilkan untuk
setiap molekul asetil-KoA yang dikatabolisir dalam siklus asam sitrat. Dalam
hal ini sejumlah ekuivalen pereduksi akan dipindahkan ke rantai respirasi dalam
membrane interna mitokondria (lihat kembali gambar tentang siklus ini).
Selama melintasi rantai respirasi tersebut,
ekuivalen pereduksi NADH menghasilkan 3 ikatan fosfat berenergi tinggi melalui
esterifikasi ADP menjadi ATP dalam proses fosforilasi oksidatif. Namun demikian
FADH2 hanya menghasilkan 2 ikatan fosfat berenergi tinggi. Fosfat
berenergi tinggi selanjutnya akan dihasilkan pada tingkat siklus itu sendiri
(pada tingkat substrat) pada saat suksinil KoA diubah menjadi suksinat.
E. Energi Yang Dihasilkan
Oleh Metebolisme Karbohidrat
Pada glikolisis aerob, energi yang
dihasilkan terinci sebagai berikut:
- hasil tingkat substrat :+ 4P
- hasil oksidasi respirasi :+ 6P
- jumlah :+10P
- dikurangi untuk aktifasi glukosa dan fruktosa 6P : - 2P
+ 8P
Pada glikolisis anaerob, energi yang dihasilkan terinci
sebagai berikut:
-
hasil tingkat substrat :+ 4P
-
hasil oksidasi respirasi :+ 0P
-
jumlah :+ 4P
-
dikurangi untuk aktifasi glukosa dan
fruktosa 6P : - 2P
Dengan Demikian rincian energi yang dihasilkan dalam
siklus asam sitrat adalah:
1. Tiga molekul NADH, menghasilkan :3X3P = 9P
2. Satu molekul FADH2,
menghasilkan : 1 x 2P = 2P
3. Pada tingkat substrat = 1P
Jumlah = 12P
Satu siklus Kreb’s akan
menghasilkan energi 3P + 3P + 1P + 2P + 3P = 12P.
Kalau kita hubungkan jalur glikolisis,
oksidasi piruvat dan siklus Kreb’s, akan dapat kita hitung bahwa 1 mol glukosa
jika dibakar sempurna (aerob) akan menghasilkan energi dengan rincian sebagai
berikut:
1.
Glikolisis : 8P
2.
Oksidasi piruvat (2 x 3P) : 6P
3.
Siklus Kreb’s (2 x 12P) : 24P
Jumlah : 38P
BAB III
PENUTUP
A.
Kesimpulan
1.
Metabolisme karbohidratadalah proses yang mencakup
sintesis (anabolisme) dan penguraian (katabolisme) molekul organik kompleks.
2.
Glikolisis merupakan jalur utama metabolisme glukosa agar terbentuk asam
piruvat, dan selanjutnya asetil-KoA untuk dioksidasi dalam siklus asam sitrat
(Siklus Kreb’s).
3.
Glikogenesis adalah
lintasan metabolisme yang mengkonversi glukosa menjadi glikogen untuk
disimpan di dalam hati.
4.
Jika glukosa dari diet tidak dapat
mencukupi kebutuhan, maka glikogen harus dipecah untuk mendapatkan glukosa
sebagai sumber energi. Proses ini dinamakan glikogenolisis.
5.
Siklus asam sitrat merupakan rangkaian
reaksi yang menyebabkan katabolisme asetil KoA, dengan membebaskan sejumlah
ekuivalen hidrogen yang pada oksidasi menyebabkan pelepasan dan penangkapan
sebagaian besar energi yang tersedia dari bahan baker jaringan, dalam bentuk
ATP. Residu asetil ini berada dalam bentuk asetil-KoA (CH3-CO~KoA, asetat aktif), suatu ester koenzim A. Ko-A
mengandung vitamin asam pantotenat.
6.
Kalau kita hubungkan jalur glikolisis,
oksidasi piruvat dan siklus Kreb’s, akan dapat kita hitung bahwa 1 mol glukosa
jika dibakar sempurna (aerob) akan menghasilkan energi dengan rincian
sebagai berikut:
1. Glikolisis : 8P
2. Oksidasi piruvat (2 x 3P) : 6P
3. Siklus Kreb’s (2 x 12P) : 24P
Jumlah :
38
B.
Saran
DAFTAR PUSTAKA
Poedjadi, Anna. 1994. Dasar-dasar Biokimia.UI Press: Jakarta.
Martoharsono, Soeharsono. 1978. Biokimia Jilid I. Yogyakarta: Gadjah
Mada University Press
Wirahadikusuma, M., 1988.Metabolisme
Karbohidrat dan Lemak, ITB, Bandung
Tidak ada komentar:
Posting Komentar