BIOKIMIA_Pengertian dan Proses Glikogenesis dan Glikogenelisis_Semester II Pengertian dan Proses Glikogenesis dan Glikogenelisis 1. Glikogenesis Glikogenesis adalah proses pembentukan glikogen dari glukosa kemudian disimpan dalam hati dan otot. 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. Proses glikogenesis adalah 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 1-fosfat↔Enz + Glukosa 1,6-bifosfat↔Enz-P + Glukosa 6-fosfat 3. Selanjutnya glukosa 1-fosfat bereaksi dengan uridin trifosfat (UTP) untuk membentuk uridin difosfat glukosa (UDPGlc). Reaksi ini dikatalisir oleh enzim UDPGlc pirofosforilase. UDPGlc + PPi↔UTP + Glukosa 1-fosfat 4. Hidrolisis pirofosfat inorganic berikutnya oleh enzim pirofosfatase inorganik akan menarik reaksi kearah 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 sudah ada sebelumnya (disebut glikogen primer) harus ada untuk memulai reaksi ini. Glikogen primer selanjutnya dapat terbentuk pada primer protein yang dikenal sebagai glikogenin. UDP + (C6)n+1◊ UDPGlc + (C6)n Glikogen Glikogen 2. Glikogenelisis Glikogenelisis adalah sintesis glikogen menjadi glukosa (pada hati) dan asam piruvat dan laktat pada otot. Untuk memutuskan ikatan glukosa satu demi satu dari glikogen diperlukan enzim fosforilase. Enzim ini digunakan untuk proses fosforolisis rangkaian 1 menghasilkan glukosa 1-fosfat. Residu glukosil terminal pada rantai paling luar molekul glikogen dibuang secara berurutan sampai kurang 6.◊lebih ada 4 buah residu glukosa yang tersisa pada tiap sisi cabang 1. Glukan transferase dibutuhkan sebagai katalisator pemindahan unit trisakarida 6 dari satu cabang ke cabang lainnya sehingga membuat titik cabang 1 6 memerlukan kerja enzim enzim pemutus. Hidrolisis ikatan 1 cabang (debranching enzyme) yang spesifik. Dengan pemutusan cabang tersebut, maka kerja enzim. fosforilase selanjutnya dapat berlangsung. Pengertian dan Proses Heksosa Monofosfat dan Glukogenesis 1. Heksosa Monofosfat Heksosa monofosfat (HMP) adalah jalur penguraian gula dalam metabolisme. Reaksi ini berguna untuk membentuk gula pentosa dll, untuk keperluan biosintesis juga untuk mensintesis lipid. Jalur ini berlansung di sitosol. Reaksi berlangsung sebagai berikut : lewat gula C5, ribulosa 5-fosfat, yang merupakan prekursor gula ribosa, deoksiribosa, komponen asam nukleat, asam amino aromatik, enzim yang digunakan adalah G6PD, Transketolase, Transaldolase, juga ATP, NAD, FAD dan sebagainya. HMP tidak langsung menghasilkan energi, tetapi terutama membentuk NADPH2. Dan dibagi menjadi 2 bagian yaitu : a. oksidatif : menghasilkan NADPH2. b. nonoksidatif : menghasilkan prekursor- prekursor ribosa. 2. Glukoneogenesis Glukoneogenesis adalah proses biosintesis glukosa yang tidak berasal dari senyawa- senyawa non-karbohidrat. Pelopor glukoneogenesis termasuklah laktat, asid amino glukogenik dan αgliserol. Glukoneogenesis terjadi jika sumber energi dari karbohidrat tidak tersedia lagi. Maka tubuh adalah menggunakan lemak sebagai sumber energi. Jika lemak juga tak tersedia, barulah memecah protein untuk energi yang sesungguhnya protein berperan pokok sebagai pembangun tubuh. Jalur glukoneogenesis dari bahan lipid maupun protein dijelaskan sebagai berikut: oLipid 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. Pengertian dan Reaksi Energetika dan Peran Enzim dalam Siklus Kreb’s 1. Reaksi Energetika Reaksi energetika adalah perubahan energi yang terjadi dalam proses atau reaksi. energetika meliputi hubungan kalor, kerja dan bentuk energi lain, dengan kesetimbangan dalam reaksi kimia dan dalam perubahan keadaan. Prinsip energetika dalam tubuh dimulai dari pembentukan energi (Reaksi Ersekgonik) → ATP → pemakaian energi (Reaksi Endorgenik) → ADP →Pembentukan energi, berulang hingga menjadi sebuah siklus. . Energi yang digunakan oleh sel-sel tubuh manusia dihasilkan dari hidrolisis ATP sebesar 200300 mol setiap harinya. Artinya, setiap molekul ATP didaur ulang 2000-3000 kali setiap harinya. ATP tidak dapat disimpan, karena itu, produksinya harus selalu mengikuti penggunaannya. Reaksi energetika yang berlangsung dalam tubuh kita dapat digambarkan seperti berikut : 2. Peran Enzim dalam Siklus Kreb’s Siklus Kreb’s 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 sebagian besar energi yang tersedia dari bahan bakar jaringan, dalam bentuk ATP. Residu KoA, asetat aktif),∼ asetil ini berada dalam bentuk asetil-KoA (CH3-CO 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. Reaksi dalam siklus Kreb’s tidak mungkin terjadi tanpa bantuan enzim. Enzim- enzim tersebut mempunyai tugasnya masing- masing. (Gambar Siklus Kreb’s) Berikut ini adalah enzim- enzim dan peranannya dalam siklus Kreb’s : No. Enzim Peranannya 1.Sitrat Sintase Pembentukan asam sitrat : Kondensasi antara Arsetil CoA dan Oksalosetat → Asam Sitrat 2.Akonitat Hidratase Perubahan Sitrat → Isositrat : Asam Sitrat → Asam CIS-Akonitat → Asam Isositrat 3.Isositrat Dehidrogenase Oksidasi isositrat → ά Ketoglutarat : Oksaloluksinat → ά Ketoglutarat 4.ά Ketoglutarat Dehidrogenase komplex Mg2+ Oksidasi ά Ketoglutarat → Suksinol CoA 5.Suksinil CoA Sintase Perubahan Suksinil CoA → Suksinat 6.Suksinat Dehidrogenase Dehidrogenase dari Suksinat → Fumarat 7.Fumarase Hidrasi Fumarat → Malat 8.Malat Dehidrogenase Dehidrogenase Malat → Oksalosetat Enzim yang Berperan dalam Metabolisme Karbohidrat Tujuan akhir pencernaan dan absorpsi karbohidrat adalah mengubah karbohidrat menjadi ikatanikatan lebih kecil, terutama berupa glukosa dan fruktosa, sehingga dapat diserap oleh pembulu darah melalui dinding usus halus. Pencernaan karbohidrat kompleks dimulai di mulut dan berakhir di usus halus. Pencernaan karbohidrat : 1. Mulut Pencernaan karbohidrat dimulai di mulut. Bola makanan yang diperoleh setelah makanan dikunyah bercampur dengan ludah yang mengandung enzim amilase (sebelumnya dikenal sebagai ptialin). Amilase menghidrolisis pati atau amilum menjadi bentuk karbohidrat lebih sederhana, yaitu dekstrin. Bila berada di mulut cukup lama, sebagian diubah menjadi disakarida maltosa. Enzim amilase ludah bekerja paling baik pada pH ludah yang bersifat netral. Bolus yang ditelan masuk ke dalam lambung. 2. Usus Halus Pencernaan karbohidrat dilakukan oleh enzim-enzim disakarida yang dikeluarkan olej sel- sel mukosa usus halus berupa maltase, sukrase, danlaktase. Hidrolisis disakarida oleh enzim-enzim ini terjadi di dalam mikrovili dan monosakarida yang dihasilkan adalah sebagai berikut :Maltase Maltosa 2 mol glukosa Sukrase Sakarosa 1 mol glukosa + 1 mol fruktosa Laktase Laktosa 1 mol glukosa + 1 mol galaktosa Monosakarida glukosa, fruktosa, dan galaktosa kemudian diabsorpsi melalui sel epitel usus halus dan diangkut oleh sistem sirkulasi darah melalui vena porta. Bila konsentrasi monosakarida di dalam usus halus atau pada mukosa sel cukup tinggi, absorpsi dilakukan secara pasif atau fasilitatif. Tapi, bila konsentrasi turun, absorpsi dilakukan secara aktif melawan gradien konsentrasi dengan menggunakan energi dari ATP dan ion natrium. 3. Usus Besar Dalam waktu 1-4 jam setelah selesai makan, pati nonkarbohidrat atau serat makanan dan sebagian kecil pati yang tidak dicernakan masuk ke dalam usus besar. Sisa-sisa pencernaan ini merupakan substrat potensial untuk difermentasi oleh mikroorganisma di dalam usus besar. Substrat potensial lain yang difermentasi adalah fruktosa, sorbitol, dan monomer lain yang susah dicernakan, laktosa pada mereka yang kekurangan laktase, serta rafinosa, stakiosa, verbaskosa, dan fruktan. Produk utama fermentasi karbohidrat di dalam usus besar adalah karbondioksida, hidrogen, metan dan asam-asam lemak rantai pendek yang mudah menguap, seperti asam asetat, asam propionat dan asam butritat. SISTEM TRANSPORT ELEKTRON Rantai transpor elektron adalah tahapan terakhir dari reaksi respirasi aerob. Transpor elektron sering disebut juga sistem rantai respirasi atau sistem oksidasi terminal. Transpor elektron berlangsung pada krista (membran dalam) dalam mitokondria. Molekul yang berperan penting dalam reaksi ini adalah NADH dan FADH2, yang dihasilkan pada reaksi glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, dan siklus Krebs. Selain itu, molekul lain yang juga berperan adalah molekul oksigen, koenzim Q (Ubiquinone), sitokrom b, sitokrom c, dan sitokrom a. Pertama-tama, NADH dan FADH2 mengalami oksidasi, dan elektron berenergi tinggi yang berasal dari reaksi oksidasi ini ditransfer ke koenzim Q. Energi yang dihasilkan ketika NADH dan FADH2 melepaskan elektronnya cukup besar untuk menyatukan ADP dan fosfat anorganik menjadi ATP. Kemudian koenzim Q dioksidasi oleh sitokrom b. Selain melepaskan elektron, koenzim Q juga melepaskan 2 ion H+. Setelah itu sitokrom b dioksidasi oleh sitokrom c. Energi yang dihasilkan dari proses oksidasi sitokrom b oleh sitokrom c juga menghasilkan cukup energi untuk menyatukan ADP dan fosfat anorganik menjadi ATP. Kemudian sitokrom c mereduksi sitokrom a, dan ini merupakan akhir dari rantai transpor elektron. Sitokrom a ini kemudian akan dioksidasi oleh sebuah atom oksigen, yang merupakan zat yang paling elektronegatif dalam rantai tersebut, dan merupakan akseptor terakhir elektron. Setelah menerima elektron dari sitokrom a, oksigen ini kemudian bergabung dengan ion H+ yang dihasilkan dari oksidasi koenzim Q oleh sitokrom b membentuk air (H2O). Oksidasi yang terakhir ini lagi-lagi menghasilkan energi yang cukup besar untuk dapat menyatukan ADP dan gugus fosfat organik menjadi ATP. Jadi, secara keseluruhan ada tiga tempat pada transpor elektron yang menghasilkan ATP. Sejak reaksi glikolisis sampai siklus Krebs, telah dihasilkan NADH sebanyak 10 dan FADH2 2 molekul. Dalam transpor elektron ini, kesepuluh molekul NADH dan kedua molekul FADH2 tersebut mengalami oksidasi sesuai reaksi berikut. Setiap oksidasi NADH menghasilkan kira-kira 3 ATP Dan kira-kira 2 ATP untuk setiap oksidasi FADH2. Jadi, dalam transpor elektron dihasilkan kira-kira 34 ATP. Ditambah dari hasil Glikolisis (2ATP) dan siklus Krebs (2 ATP), maka secara keseluruhan reaksi respirasi seluler menghasilkan total 38 ATP Jadi dari satu molekul glukosa menghasilkan total 38 ATP. Akan tetapi, karena dibutuhkan 2 ATP untuk melakukan transpor aktif, maka hasil bersih dari setiap respirasi seluler adalah 36 ATP. (lihat gambar) Produksi ATP : 38 ataukah 36 ? Artikel ini telah dibaca 4,489 kali Ada perbedaan dalam hasil akhir pembentukan ATP pada proses respirasi. Proses respirasi yang berlangsung pada mitokondria di hati, ginjal, dan mitokondria jantung menghasilkan 38 ATP untuk satu molekul glukosa yang dipecah, karena tahap akhir respirasi aerob yaitu rantai transpor elektron berlangsung melalui sistem ulang-alik malat aspartat. Sistem ulang-alik lain adalah ulang-alik gliserol-phosphat. Sistem ini hanya menghasilkan 36 ATP untuk tiap mol glukosa, dan berlangsung di otot rangka dan otak. Apa bedanya? Proses respirasi aerob menghasilkan senyawa antara berupa NADH. Glikolisis menghasilkan NADH yang sering disebut NADH sitosol, karena proses tersebut berlangsung pada sitosol. Dekarboksilasi oksidatif dan Daur Krebs menghasilkan NADH matriks, karena proses tersebut berlangsung pada matriks mitokondria. Dalam rantai transpor elektron, NADH akan dioksidasi ulang dan pada akhir reaksi akan menghasilkan ATP dan H2O. Pada kenyataannya, membran mitokondria tidak permeabel terhadap NADH sitosol. Dengan sederhana dikatakan: NADH sitosol tidak dapat masuk ke dalam mitokondria untuk mengalami oksidasi ulang pada rantai transpor elektron. Suatu cara yang berlangsung dengan cerdik telah diketahui. NADH sitosol dapat masuk ke dalam mitokondria secara tidak langsung melalui sistem ulang-alik malat-aspartat. Prosesnya sebagai berikut: NADH sitosol melepaskan H+ dan ditangkap oleh oksaloasetat sehingga berubah menjadi malat, yang kemudian masuk ke dalam mitokondria dengan bantuan sistem transpor malat-a-ketoglutarat yang terdapat pada membran mitokondria. Di dalam matriks mitokondria, malat akan melepaskan ion H+ yang akan diterima oleh NAD sehingga tereduksi menjadi NADH, dan selanjutnya NADH akan dioksidasi ulang melalui rantai transpor elektron. Sementara itu malat yang telah melepaskan ion H+ berubah kembali menjadi oksaloasetat. Karena membran mitokondria tidak permeabel terhadap oksaloasetat, maka oksaloasetat dipecah menjadi a-ketoglutarat dan aspartat melalui reaksi dengan glutamat. Aspartat keluar dari dalam matriks ke sitosol melalui sistem transpor glutamat-aspartat yang juga terdapat pada membran mitokondria, sedangkan a-ketoglutarat keluar dari matriks melalui sistem transpor malat-aketoglutarat. Di sitosol aspartat akan bereaksi dengan a-ketoglutarat dan menghasilkan oksaloasetat dan glutamat untuk mengulangi siklus yang sama. Lihat gambar berikut! Berbeda dengan sistem ulang-alik malat-aspartat, sistem ulang-alik gliserol-phosphat lebih sederhana. Prosesnya sebagai berikut: NADH sitosol melepaskan ion H+ dan diterima oleh dihydroxyacetonphosphate hingga tereduksi menjadi glycerol-3-phosphate. Glycerol-3phosphate akan melepaskan ion H+ kepada FAD sehingga tereduksi menjadi FADH, dan kembali berubah menjadi dihydroxyacetonephosphate untuk mengulangi siklus yang sama. Ion H+ dari FADH akan dipindahkan kepada ubikuinon sehingga tereduksi menjadi ubikuinonH untuk selanjutnya memasuki rantai traspor elektron. Lihat gambar! Kesimpulannya adalah: bila melalui sistem ulang-alik malat-aspartat NADH sitosol dapat masuk ke dalam mitokondria untuk mengalami proses rantai transpor elektron dan menghasilkan 3 ATP untuk setiap NADH yang dioksidasi. Bila melalui sistem ulang-alik gliserol-phospat, NADH sitosol dikonversi menjadi FADH lalu masuk ke dalam mitokondria untuk mengalami proses rantai transpor elektron dan dihasilkan 2 ATP untuk setiap FADH yang dioksidasi. Total ATP yang dihasilkan melalui sistem ulang-alik malat-aspartat untuk tiap mol glukosa adalah: Proses ATP NADH FADH Glikolisis Dekarboksilasi oksidatif Daur Krebs Rantai transpor elektron 2 2 32 2 6 - 4 - Total 36 8 4
