TUGAS BIOKIMI II

METABOLISME KARBOHIDRAT

Oleh:

                                                Nama        : Armando Pagawak

                                               Nim            : 201339018

                                             Jurusan         : Kimia Sains

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM (FMIPA)

JURUSAN KIMIA

UNIVERSITAS PAPUA

MANOKWARI

2016

METABOLISME KARBOHIDRAT

Metabolisme Karbohidrat

Berbagai macam karbohidrat, antara lain monosakarida, disakarida, oligosakarida serta polisakarida.Karbohidrat siap dikatabolisir menjadi energi jika berbentuk monosakarida.Energi yang dihasilkan berupaAdenosin trifosfat (ATP).

Glukosa merupakan karbohidrat terpenting. Dalam bentuk glukosalah massa karbohidrat

makanan diserap ke dalam aliran darah, atau ke dalam bentuk glukosalah karbohidrat dikonversi di dalam hati, serta dari glukosalah semua bentuk karbohidrat lain dalam tubuh dapat dibentuk. Glukosa merupakan bahan bakar metabolik utama bagi jaringan mamalia (kecuali hewan pemamah biak) dan bahan bakar universal bagi janin. Unsur ini diubah menjadi karbohidrat lain dengan fungsi sangat spesifik, misalnya glikogen untuk simpanan, ribose dalam bentuk asam nukleat, galaktosa dalam laktosa susu, dalam senyawa lipid kompleks tertentu dan dalam bentuk gabungan dengan protein, yaitu glikoprotein serta proteoglikan.

Peristiwa yang dialami unsur-unsur makanan setelah dicerna dan diserap adalah METABOLISME INTERMEDIAT.Jadi metabolisme intermediat mencakup suatu bidang luas yang berupaya memahami bukan saja lintasan metabolik yang dialami oleh masing-masing molekul, tetapi juga interelasi dan mekanisme yang mengatur arus metabolit melewati lintasan tersebut.

Lintasan metabolisme dapat digolongkan menjadi 3 kategori:

1.      Lintasan anabolik (penyatuan/pembentukan)

Ini merupakan lintasan yang digunakan pada sintesis senyawa pembentuk struktur dan

mesin tubuh. Salah satu contoh dari kategori ini adalah sintesis protein.

2.      Lintasan katabolik (pemecahan)

Lintasan ini meliputi berbagai proses oksidasi yang melepaskan energi bebas, biasanyadalam bentuk fosfat energi tinggi atau unsur ekuivalen pereduksi, seperti rantai respirasidan fosforilasi oksidatif.

3.      . Lintasan amfibolik (persimpangan)

Lintasan ini memiliki lebih dari satu fungsi dan terdapat pada persimpangan metabolisme sehingga bekerja sebagai penghubung antara lintasan anabolik dan lintasan katabolik.Contoh dari lintasan ini adalah siklus asam sitrat.

Terdapat beberapa jalur metabolisme karbohidrat baik yang tergolong sebagai katabolismemaupun 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 energi berupa ATP.

2.      Selanjutnya masing-masing piruvat dioksidasi menjadi asetil KoA. Dalam tahap inidihasilkan energi berupa ATP.

3.      Asetil KoA akan masuk ke jalur persimpangan yaitu siklus asam sitrat. Dalam tahap inidihasilkan energi berupa 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 kapasitaspenyimpanan 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  dipecahmenjadi glukosa. Selanjutnya glukosa mengalami glikolisis, diikuti dengan oksidasipiruvat 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 harusdiubah menjadi glukosa baru yang selanjutnya mengalami katabolisme untuk

memperoleh energi.

Beberapa jalur metabolisme karbohidrat

Glikolisis

Glikolisis berlangsung di dalam sitosol semua sel. Lintasan katabolisme ini adalah proses

pemecahan glukosa menjadi:

1. asam piruvat, pada suasana aerob (tersedia oksigen)

2. asam laktat, pada suasana 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 +2Pi 2L(+)-Laktat +2ATP +2H2O

Lintasan detail glikolisis

---

Secara rinci, tahap-tahap dalam lintasan glikolisis adalah sebagai berikut (pada setiap

tahap, lihat dan hubungkan dengan Gambar Lintasan detail metabolisme karbohidrat):

1.      Glukosa masuk lintasan glikolisis melalui fosforilasi menjadi glukosa-6 fosfat denganbereaksi sebagai kompleks Mg-ATP. Terminal fosfat berenergi tinggi pada ATPdikatalisir oleh enzim heksokinase atau glukokinase pada sel parenkim hati dan seldigunakan, 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  Pulau Langerhans pancreas. Proses ini memerlukan ATP sebagai donor fosfat. ATPoleh produk reaksi glukosa 6-fosfat.

Mg2+

Glukosa + ATPglukosa 6-fosfat + ADP

2.      Glukosa 6-fosfat diubah menjadi Fruktosa 6-fosfat dengan bantuanenzimfosfoheksosa isomerase dalam suatu reaksi isomerasi aldosa-ketosa. Enzim ini hanyabekerja pada anomer µ-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.

Dalamkondisi fisiologis tahap ini bisa dianggap irreversible. Reaksi ini memerlukan ATPsebagai 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

fosfatdan dihidroksi aseton fosfat. Reaksi ini dikatalisir oleh enzim aldolase(fruktosa1,6-bifosfat aldolase).D-fruktosa 1,6-bifosfat« D-gliseraldehid    3fosfat+dihidroksiaseton fosfat

5.      Gliseraldehid 3-fosfat dapat berubah menjadi dihidroksi aseton fosfat dan

sebaliknya (reaksi interkonversi). Reaksi bolak-balik ini mendapatkan katalisator

enzimfosfotriosa isomerase.

D-gliseraldehid 3-fosfat « dihidroksiaseton fosfat

6.      Glikolisis berlangsung melalui oksidasi Gliseraldehid 3-fosfat menjadi 1,3-

bifosfogliserat, dan karena aktivitas enzim fosfotriosa isomerase, senyawa dihidroksi

aseton fosfat juga dioksidasi menjadi 1,3-bifosfogliserat melewati gliseraldehid 3fosfat

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, dengandemikian terbentuk 2 molekul gula yang masing-masing beratom C tiga (triosa). Jikamolekul dihidroksiaseton fosfat juga berubah menjadi 1,3-bifosfogliserat, maka dari 1molekul 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 1,3 bifosfogliserat. Fosfat berenergi tinggi ini ditangkap

menjadiATP dalam reaksi lebih lanjut dengan ADP, yang dikatalisir oleh enzim

fosfogliserat kinase. Senyawa sisa yang dihasilkan adalah 3-fosfogliserat.

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 PEP dipindahkan 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 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+ L(+)-Laktat + NAD+

Dalam keadaan aerob, piruvat diambil oleh mitokondria, dan setelah konversi

menjadiasetil-KoA, akan dioksidasi menjadi CO2 melalui siklus asam sitrat (Siklus

Kreb’s). Ekuivalen pereduksi dari reaksi NADH + H+ yang terbentuk dalam glikolisis

akan diambil oleh mitokondria untuk oksidasi melalui salah satu dari reaksi ulang alik

(shuttle).

Oksidasi Piruvat

Dalam jalur ini, piruvat dioksidasi (dekarboksilasi oksidatif) menjadi Asetil-KoA, yang terjadidi dalam mitokondria sel. Reaksi ini dikatalisir oleh berbagai enzim yang berbeda yang

bekerja secara berurutan di dalam suatu kompleks multienzim yang berkaitan dengan

membran interna mitokondria. Secara kolektif, enzim tersebut diberi nama kompleks

piruvat dehidrogenase dan analog dengan kompleks µ-keto glutarat dehidrogenase padasiklus asam sitrat.

Jalur ini merupakan penghubung antara glikolisis dengan siklus Kreb’s. Jalur ini juga

merupakan konversi glukosa menjadi asam lemak dan lemak dan sebaliknya dari senyawa

non karbohidrat menjadi karbohidrat.

Rangkaian reaksi kimia yang terjadi dalam lintasan oksidasi piruvat adalah sebagai berikut:

1    Dengan adanya TDP (thiamine diphosphate), piruvat didekarboksilasi menjadi

derivatehidroksietil tiamin difosfat terikat enzim oleh komponen kompleks enzim

piruvat dehidrogenase. Produk sisa yang dihasilkan adalah CO2.

2.Hidroksietil tiamin difosfat akan bertemu dengan lipoamid teroksidasi, suatu

kelompok prostetik dihidroksilipoil transasetilase untuk membentuk asetil lipoamid,

selanjutnyaTDP lepas.

3. Selanjutnya dengan adanya KoA-SH, asetil lipoamid akan diubah menjadi asetil KoA,

dengan hasil sampingan berupa lipoamid tereduksi.

4.  Siklus ini selesai jika lipoamid tereduksi direoksidasi oleh flavoprotein, yang

mengandung FAD, pada kehadiran dihidrolipoil dehidrogenase. Akhirnya

flavoprotein tereduksi ini dioksidasi oleh NAD+, yang akhirnya memindahkan

ekuivalen pereduksi kepada rantai respirasi.

Piruvat + NAD+ + KoA Asetil KoA + NADH + H+ + CO2

Lintasan oksidasi piruvat

Siklus asam sistrat

Siklus asam sitrat sebagai jalur bersama metabolisme karbohidrat, lipid dan protein

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 sehinggamemfasilitasi pemindahan unsur ekuivalen pereduksi ke enzim terdekat pada rantai

respirasi, yang bertempat di dalam membran interna mitokondria.

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 sehinggamemfasilitasi pemindahan unsur ekuivalen pereduksi ke enzim terdekat pada rantai

respirasi, yang bertempat di dalam membran interna mitokondria.

Lintasn detail siklus kerb’s

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 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. Senyawa

terakhir ini menghambat akonitase sehingga menimbulkan penumpukan sitrat.

      

Reaksi tersebut dihambat oleh fluoroasetat yang dalam bentuk fluoroasetil KoA

mengadakan kondensasi dengan oksaloasetat untuk membentuk fluorositrat. Senyawa

terakhir ini menghambat akonitase sehingga menimbulkan penumpukan sitrat.

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 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 siklusasam 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.

        

7.      Suksinat dimetabolisir lebih lanjut melalui reaksi dehidrogenasi yang diikuti oleh penambahan air dan kemudian oleh dehidrogenasi lebih lanjut yangmenghasilkan kembali oksaloasetat.Suksinat + FAD « Fumarat + FADH2

Reaksi dehidrogenasi pertama dikatalisir oleh enzim suksinat dehidrogenase yang terikatpada permukaan dalam membrane interna mitokondria, berbeda dengan enzim-enzim lainyang ditemukan pada matriks. Reaksi ini adalah satu-satunya reaksi dehidrogenasi dalamsiklus asam sitrat yang melibatkan pemindahan langsung atom hydrogen dari substratkepada 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-malatEnzim fumarase juga mengkatalisir penambahan unsure-unsur air kepada ikatan rangkapfumarat dalam konfigurasi trans.Malat dikonversikan menjadi oksaloasetat dengan katalisator berupa enzim malatdehidrogenase, suatu reaksi yang memerlukan NAD+.

L-Malat + NAD+ « oksaloasetat + NADH + H+

Enzim-enzim dalam siklus asam sitrat, kecuali alfa ketoglutaratdan suksinat             dehidrogenasejuga ditemukan di luar mitokondria. Meskipun dapat mengkatalisir reaksi serupa, sebagianenzim tersebut, misalnya malat dehidrogenase pada kenyataannya mungkin bukanmerupakan protein yang sama seperti enzim mitokondria yang mempunyai nama sama(dengan kata lain enzim tersebut merupakan isoenzim).

Energi yang dihasilkan dalam siklus asam sitrat

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.

Dengan demikian rincian energi yang dihasilkan dalam siklus asam sitrat adalah:

1. Tiga molekul NADH, menghasilkan      : 3 X 3P   = 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.

Lintasan Glikogenesis dan glikogenolisis

Glikogenesis

      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.

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.

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 UDPGlc

pirofosforilase.

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 C4 pada residu glukosa terminal glikogen, sehingga membebaskan uridin difosfat. Reaksi ini dikatalisir oleh enzim glikogen sintase. Molekul glikogen yang sudahada sebelumnya (disebut glikogen primer) harus ada untuk memulai reaksi ini.

Glikogen primer selanjutnya dapat terbentuk pada primer protein yang dikenal sebagai

glikogenin.

                     UDPGlc + (C6)n UDP + (C6)n+1

                      Glikogen                 Glikogen

Residu glukosa yang lebih lanjut melekat pada posisi 14 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 14 (panjang minimal 6 residu glukosa) pada rantai

yang berdekatan untuk membentuk rangkaian 16 sehingga membuat titik cabang

pada molekul tersebut. Cabang-cabang ini akan tumbuh dengan penambahan lebih

lanjut 1glukosil 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.

Tahap-tahap perangkaian glukosa demi glukosa digambarkan pada bagan berikut.

Biosintesis

          

Biosintesis glikogen (dipetik dari: Murray dkk. Biokimia Harper)

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 berperan dalam tahap ini adalah enzim pembentuk cabang (branching enzyme).

Glikogenolisis

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 14 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 16.

(C6)n + Pi (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 16 terpajan. Hidrolisis ikatan

16 memerlukan kerja enzim enzim pemutus cabang (debranching enzyme) yang spesifik.

Dengan pemutusan cabang tersebut, maka kerja enzim fosforilase selanjutnya dapat

berlangsung.

Tahap-tahap glikogenolisis

Glukoneogenesis

Glukoneogenesis terjadi jika sumber energi dari karbohidrat tidak tersedia lagi. Maka tubuhadalah menggunakan lemak sebagai sumber energi. Jika lemak juga tak tersedia, barulahmemecah protein untuk energi yang sesungguhnya protein berperan pokok sebagai

pembangun tubuh.

Jadi bisa disimpulkan bahwa glukoneogenesis adalah proses pembentukan glukosa darisenyawa-senyawa non karbohidrat, bisa dari lipid maupun protein.

Secara ringkas, jalur glukoneogenesis dari bahan lipid maupun protein dijelaskan sebagai

berikut:

1. Lipid terpecah menjadi komponen penyusunnya yaitu asam lemak dan

gliserol. Asam lemak dapat dioksidasi menjadi asetil KoA. Selanjutnya asetil KoA masuk

dalam siklus Kreb’s. Sementara itu gliserol masuk dalam jalur glikolisis.

2. Untuk protein, asam-asam amino penyusunnya akan masuk ke dalam siklus

Kreb’s.

28 Ilmuwan

Ringkasan jalur glukoneogenesisi

                                           

Lintasan metabolisme karbohidrat, lipid dan protein. Perhatikan jalur glukoneogenesis yaitu masuknya lipid

dan asam amino ke dalam lintasan

Setelah mengalami pelepasan gugus amin, asam-asam amino dapat memasuki siklus asam sitrat melalui jalur yang beraneka ragam.

Tempat-tempat masuknya asam amino ke dalam sikulus asam sitrat untuk produksi energi

Gugus-gugus amin dilepaskan menjadi ion amonium (NH₄⁺) yang selanjutnya masuk ke dalam siklus urea di hati. Dalam siklus ini dihasilkan urea yang selanjutnya dibuang melalui ginjal berupa urin. Proses yang terjadi di dalam siklus urea digambarkan terdiri atas beberapa tahap yaitu:

1.   Dengan peran enzim karbamoil fosfat sintase I, ion amonium bereaksi dengan CO₂ menghasilkan karbamoil fosfat. Dalam raksi ini diperlukan energi dari ATP

2.   Dengan peran enzim ornitin transkarbamoilase, karbamoil fosfat bereaksi dengan L-ornitin menghasilkan L-sitrulin dan gugus fosfat dilepaskan

3.   Dengan peran enzim argininosuksinat sintase, L-sitrulin bereaksi dengan L-aspartat menghasilkan L-argininosuksinat. Reaksi ini membutuhkan energi dari ATP

4.   Dengan peran enzim argininosuksinat liase, L-argininosuksinat dipecah menjadi fumarat dan L-arginin

5.   Dengan peran enzim arginase, penambahan H₂O terhadap L-arginin akan menghasilkan L-ornitin dan urea.

Tahapan-tahapan proses yang terjadi di dalam siklus urea

Proses oksidasi asam lemak dinamakan oksidasi beta dan menghasilkan asetil KoA. Selanjutnya sebagaimana asetil KoA dari hasil metabolisme karbohidrat dan protein, asetil KoA dari jalur inipun akan masuk ke dalam siklus asam sitrat sehingga dihasilkan energi. Di sisi lain, jika kebutuhan energi sudah mencukupi, asetil KoA dapat mengalami lipogenesis menjadi asam lemak dan selanjutnya dapat disimpan sebagai trigliserida.

Beberapa lipid non gliserida disintesis dari asetil KoA. Asetil KoA mengalami kolesterogenesis menjadi kolesterol. Selanjutnya kolesterol mengalami steroidogenesis membentuk steroid. Asetil KoA sebagai hasil oksidasi asam lemak juga berpotensi menghasilkan badan-badan keton (aseto asetat, hidroksi butirat dan aseton). Proses ini dinamakan ketogenesis. Badan-badan keton dapat menyebabkan gangguan keseimbangan asam-basa yang dinamakan asidosis metabolik. Keadaan ini dapat menyebabkan kematian.

khtisar metabolisme lipid

Metabolisme gliserol

Gliserol sebagai hasil hidrolisis lipid (trigliserida) dapat menjadi sumber energi. Gliserol ini selanjutnya masuk ke dalam jalur metabolisme karbohidrat yaitu glikolisis. Pada tahap awal, gliserol mendapatkan 1 gugus fosfat dari ATP membentuk gliserol 3-fosfat. Selanjutnya senyawa ini masuk ke dalam rantai respirasi membentuk dihidroksi aseton fosfat, suatu produk antara dalam jalur glikolisis.

Reaksi-reaksi kimia dalam metabolisme gliserol