didieu
advertisement
JALUR METABOLISME I. Pendahuluan Jalur metabolik adalah rangkaian reaksi kimia organik yang digunakan oleh tubuh untuk membawa transformasi kimia spesifik. Rangkaian reaksi ini di pakai oleh hampir seluruh organisme. Produksi energi dari glukosa merupakan reaksi yang penting dalam kehidupan sel. Reaksi ini adalah sebagai berikut : C6H12O6 + O2 ----------> CO2 + H2O + energi Reaksi kimia organik merupakan pembakaran reaksi oksidasi karena glukosa adalah karbohidrat sederhana (monosakarida). Hal inilah yang melandasi bahwa tubuh kita membakar karbohidrat. Beberapa energi yang diproduksi oleh tubuh manusia adalah energi panas, sementara beberapa diantaranya berbentuk ATP. Berikut adalah produksi ATP sebagai bagian dari reaksi kimia : C6H12O6 + O2 + ADP + Pi ----------> CO2 + H2O + ATP Selain reaksi diatas, jalur metabolis dapat dicapai dengan jumlah seluruh reaksi individu sehingga didapat reaksi pembakaran total. Tabel dibawah ini menunjukkan jalur yang terlibat dalam reaksi oksidasi glukosa pada sel dimana beberapa diantaranya termasuk dalam rekasi. Substrat atau Produk Glukosa masuk dalam metabolisme melalui Jalur Metabolis atau Rangkaian Reaksi Glikolisis O2 masuk dalam metabolisme melalui Transport Elektron ADP & Pi masuk melalui Oksidasi Fosforilasi CO2 diproduksi oleh Siklus Krebs H2O diproduksi oleh Transport Elektron ATP is diproduksi oleh Glikolisis, Fosforilasi Siklus Krebs, Oksidasi Kedua jalur tersebut terlibat didalam produksi ATP, CO2 dan H2O dari glukosa, glikolisis dan siklus krebs yang akan diuraikan dibawah ini. II. Glikolisis Tahap 1 Pada tahap pertama glikolisis, glukosa diubah oleh enzim heksokinase menjadi glukosa-6-fosfat. Heksokinase merupakan fosforilase fruktosa dan galaktosa. Kedua senyawa ini melepaskan energi ATP kira-kira 4 kkal/ mol untuk menambahkan fosfat menjadi glukosa dan sekitar 7 kkal/ mol dilepaskan untuk menguraikan ikatan fosfat dalam ATP. Glukosa terfosorilat oleh ATP untuk menghasilkan glukosa-6fosfat dan ADP. Tahap 2 Glukosa-6-fosfat diubah oleh enzim glukosa fosfat isomerase menjadi fruktosa-6fosfat dimana hanya terdapat sedikit peningkatan didalam energi potensial gula. Tahap 3 Pada reaksi pembentukan energi kedua ini, fruktosa-6-fosfat diubah menjadi fruktosa-1,6-bisfosfat oleh molekul ATP yang lain dan dikatalisis oleh enzim 6-fosfofrukto-1-kinase, biasa dikenal dengan sebutan fosfofruktokinase-1 (PFK-1). Seperti pada tahap pertama, terdapat peningkatan sekitar 3-4 kkal/ mol didalam energi potensial dari molekul fruktosa. Pada tahap ini, dua molekul ATP dibentuk. Tahap 4 Penguraian fruktosa-1,6-bisfosfat menjadi dua senyawa isomerik, yaitu 3-karbongliserida-3-fosfat dan dihidroksiaseton fosfat yang membutuhkan energi sekitar +5,75 kkal/ mol. Reaksi ini dioksidasi oleh enzim aldosa. Tahap 5 Hanya gliseralida-3-fosfat (G-3-P) yang akan menjadi substrat untuk reaksi berikutnya. Setiap G-3-P yang digunakan, terjadi perubahan kesetimbangan untuk mengubah DHAP menjadi G-3-P. Dua produk dari reaksi enzim aldose ini dikatalisis oleh triosa fosfat. Tahap 6 Tahap ini merupakan tahap didapatnya kembali energi dari glikolisis. Pengurangan NAD menjadi NADH melepaskan energi sekitar 10 kkal/ mol yang ditangkap didalam reaksi dan akan menambahkan fosfat bebas pada rantai karbon pertama dari gliseraldehida-3-fosfat. Penambahan fosfat bebas ini membutuhkan sedikit energi daripada pengurangan untuk pelepasan NADH sekitar 12 kkal/ mol. G-3-P dioksidasi dan fosfat bebas ditambahkan didalam reaksi kompleks ini. Elektronnya ditangkap oleh NADH sehingga 1,3 bisfosfat terbentuk. Pembentukan ini dikatalisis oleh enzim gliseraldehid-3-fosfat dehidrogenase (G3PDH). Tahap 7 Tahap ini merupakan didapatnya kembali energi kedua dimana fosfat ditransfer dari 1,3-bisfosfogliserat (1,3-BPG) menjadi ADP. Penguraian ikatan fosfat pada 1,3-BPG melepaskan energi sekitar 4,5 kkal/ mol serta membuat ikatan pada ADP membutuhkan energi sekitar 4,5 kkal/ mol. Maksud dari kedua reaksi ini adalah bahwa energi dari ikatan fosfat menjadi hemat. 1,3-BPG menyumbangkan fosfat kepada ADP untuk membentuk ATP dan 3-fosfogliserat. Pembentukannya dikatalisis oleh enzim fosofogliserat kinase. Tahap 8 3-fosfogliserat diisomerasikan menjadi 2-fosfogliserat oleh enzim fosfogliserat mutase. Tahap 9 Enzim enolase mengubah 2-fosfogliserat menjadi fosfoenol piruvat dimana terdapat sedikit energi yang ditransfer dalam rekasi ini. Tahap 10 Ini adalah tahap terakhir dari glikolisis dan tahap transfer energi yang terakhir. Fosfoenol piruvat menyumbangkan fosfat kepada ADP sehingga terbentuk ATP dan piruvat. Setiap fosfoenol piruvat diubah menjadi piruvat dan ADP diubah menjadi ATP dengan energi yang dilepaskan sekitar 7,5 kkal/ mol. Kesimpulan dari energi yang dihasilkan dari rekasi glikolisis dapat dilihat pada reaksi berikut : glukosa + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ 2 piruvat + 2 ATP + 2 (NADH + H+) sehingga total energi glukosa yang tersedia pada reaksi oksidasi aerobik adalah 2878 kJ/ mol. Total energi yang dihasilkan dari 2 ATP = 2 x 30.5 = 61 kJ/ mol. III. Siklus Krebs Siklus Krebs adalah serangkaian reaksi kimia dalam sel, yaitu pada mitokondria, yang berlangsung secara berurutan dan berulang. Tujuannya adalah mengubah piruvat menjadi CO2, H2O dan sejumlah energi. Proses ini adalah proses oksidasi dengan menggunakan oksigen atau aerob. Pembentukan Asetil Koenzim A (Asetil KoA) Asetil koA dibentuk pada reaksi antara piruvat dengan koA. Reaksi pembentukan asetil KoA menggunakan kompleks piruvatdehidrogenase sebagai katalis yang terdiri atas beberapa jenis asam. Koenzim yang ikut dalam reaksi ini adalah tiamin pirofosfat (TPP), NAD+, asam lipoat dan ion Mg++ sebagai aktivator. Reaksi ini bersifat tidak reversibel dan asetil KoA yang terjadi merupakan penghubung antara proses glikolisis dengan siklus Krebs. Pembentukan Asam Sitrat Asetil KoA adalah senyawa berenergi tinggi dan dapat berfungsi sebagai zat pemberi gugus asetil atau dapat ikut dalam reaksi kondensasi. Asam sitrat dibentuk oleh asetil KoA dengan asam oksaloasetat dengan cara kondensasi. Enzim yang bekerja sebagai katalis adalah sitrat sintase. Asam sitrat yang terbentuk merupakan salah satu senyawa dalam siklus asam sitrat. Pembentukan Asam Isositrat Asam sitrat kemudian diubah menjadi asam isositrat melalui asam akonitat. Enzim yang bekerja pada reaksi ini adalah akonitase. Dalam keadaan keseimbangan terdapat 90% asam sitrat, 4% asam akonitat dan 6% asam isositrat. Walaupun dalam keseimbangan ini asam isositrat hanya sedikit, tetapi asam isositrat akan segera diubah menjadi asam ketoglutarat sehingga keseimbangan akan bergeser ke kanan. Pembentukan α Ketoglutarat Dalam raksi asam isositrat diubah menjadi asam oksalosuksinat, kemudian diubah lebih lanjut menjadi α ketoglutarat.Wnzim isositrat dehidrogenase bekerja pada reaksi pembentukan asam oksalosuksinat dengan koenzim NADP+, sedangkan enzim karboksilase bekerja pada reaksi berikutnya. Pada reaksi yang kedua ini disamping asam α ketoglutarat, dihasilkan pula CO2. Untuk 1 mol asam isositrat yang diubah, dihasilkan 1 mol NADPH dan 1 mol CO2. Koenzim yang digunakan dalam reaksi selain NADP adalah NAD. Pembentukan Suksinil KoA Asam α ketoglutarat diubah menjadi suksinil KoA dengan jalan dekarboksilasi oksidatif.Reaksi ini analog dengan reaksi pembentukan asetil KoA dari piruvat. Koenzim TPP dan NAD+ diperlukan juga dalam reaksi pembentukan suksinil KoA. Reaksi berlangsung antara asam α ketoglutarat dengan koenzim A menghasilkan suksinil KoA dan melepaskan CO2. NADH juga dihasilkan pada reaksi ini. Yang menonjol adalah bahwa reaksi ini tidak reversibel, sehingga dengan demikian siklus Krebs secara keseluruhan bersifat tidak reversibel. Suksinil KoA adalah senyawa berenergi tinggi dan akan diubah menjadi asam suksinat. Pembentukan Asam Suksinat Asam suksinat terbentuk dari suksinil KoA dengan cara melepaskan koenzim A serta pembentukan guanosin trifosfat (GTP) dari guanosin difosfat (GDP). Enzim suksinil KoA sintase bekerja pada reaksi yang bersifat reversibel ini. Gugus fosfat yang terdapat pada molekul GTP segera dipindahkan kepada ADP. Katalis dalam reaksi ini adalah nukleosida difosfokinase. Pembentukan Asam Fumarat Dalam reaksi ini asam suksinat diubah menjadi asam fumarat melalui proses oksidasi dengan menggunakan enzim suksinat dehidrogenase dan FAD sebagai koenzim. Pembentukan Asam Malat Asam malat terbentuk dari asam fumarat dengan cara adisi molekul air. Enzim fumarase bekerja sebagai katalis dalam reaksi ini Pembentukan Asam Oksaloasetat Tahap akhir dalam siklus asam sitrat adalah dehidrogenase asam malat untuk membentuk asam oksaloasetat. Enzim yang bekerja pada reaksi ini adalah malat dehidrogenase. Okaloasetat yang terjadi kemudian bereaksi lebih lanjut dalam siklus Krebs. Demikian reaksi-reaksi tersebut di atas berlangsung terus-menerus dan berulang kali. Rekasi-reaksi yang menghasilkan energi berupa molejul ATP dapat dilihat pada tabel berikut ini : Jumlah Reaksi Koenzim ATP/ Mol Glukosa Pemindahan elektron 3 fosfogliseraldehida 1-3- difosfogliserat NAD 4 Piruvat asetil KoA NAD 6 Isositrat α ketoglutarat + CO2 NADP 6 α ketoglutarat suksinil KoA + CO2 NAD 6 Suksinat fumarat FAD 4 Malat oksaloasetat NAD 6 Tingkat Substrat 1-3-difosfogliserat 3-fosfogliserat 2 Fosfoenol piruvat piruvat 2 Suksinil KoA suksinat 2 Jumlah Digunakan 38 untuk fosforilasi glukosa -2 Jumlah bersih 36 Jadi metabolisme glukosa menjadi CO2 dan H2O serta sejumlah energi dalam bentuk ATP, melalui glikolisis dan siklus Krebs, menghasilkan 36 mol ATP setiap mol glukosa.
