Untuk mempermudah mempelajari metabo-lisme karbohidrat, maka dibagi menjadi beberapa jalur metabolisme. Namun hendaknya diingat bahwa dalam tubuh, jalur-jalur ini merupakan kesatuan, yang mana jalur yang paling banyak dilalui tergantung pada keadaan (status nutrisi) waktu itu.
Pembagiannya adalah:
3.1.Glikolisis ("glycolysis")
3.2.Glikogenesis ( "glycogenesis" ).
3.3.Glikogenolisis ( "glycogenolysis" ).
3.4.Oksidasi asam piruvat.
3.5.Jalur fosfoglukonat oksidatif ( "Hexose Mono-phosphate Shunt" atau "Pentose Phosphate Pathway" ).
3.6.Glukoneogenesis ( "gluconeogenesis" ).
3.7.Metabolisme fruktosa, galaktosa dan heksosamin
4. G L I K O L I S I S.
Glikolisis adalah pemecahan glukosa menjadi asam piruvat atau asam laktat. Jalur ini terutama terjadi dalam otot bergaris, yang dimaksudkan untuk menghasilkan energi (ATP). Apabila glikolisis terjadi dalam suasana anaerobik maka akan berakhir dengan asam laktat, dan menghasilkan dua ATP ( gambar-1).
4.1.Tahapan reaksi glikolisis.
Jalur ini disebut juga jalur Embden-Meyerhof. Semua enzim yang terlibat terdapat dalam fraksi ekstra mitokhondria (dalam sitosol). Mula-mula glukosa mengalami esterifikasi dengan fosfat, reaksi ini disebut juga fosforilasi glukosa oleh ATP menjadi glukosa 6-P.
Heksokinase (glukokinase)
Mg++
D-glukosa + ATP ® D-glukosa 6-P + ADP.
Reaksi ini memerlukan ion Mg++.
Dalam sel , sedikit sekali glukosa berada sebagai glukosa bebas, sebagian besar terdapat dalam bentuk ester glukosa 6-P. Reaksi ini dikatalisis dua enzim : hexokinase dan glukokinase.
Hexokinase terdapat dalam ber-macam2 sel,kecuali di sel hepar dan pankreas. Enzim ini sesuai dengan namanya dapat pula mengkatalisis esterifikasi heksosa lainnya dengan ATP; contoh: fruktosa menjadi fruktosa 6-P. Dalam sel binatang dan manusia enzim ini merupakan enzim regulator, karena dapat dihambat oleh hasil reaksinya.
Glukokinase terdapat dalam hepar dan pankreas. Mempunyai Km untuk D-glukosa jauh lebih tinggi dari enzim hexokinase. Glukokinase memerlukan glukosa lebih tinggi untuk menjadi aktif bila dibandingkan dengan heksokinase (gambar 28)
Selain itu glukokinase tidak dihambat oleh hasil reaksinya yaitu glukosa 6-P. Glukokinase berperan biasanya pada waktu kadar glukosa darah tinggi (sesudah makan). Pada penderita Diabetes Mellitus enzim ini jumlahnya berkurang.
Reaksi fosforilasi ini boleh dikatakan reaksi satu arah.
Selanjutnya glukosa 6-P diubah menjadi fruktosa 6-P. Reaksi ini dikatalisis enzim fosfoheksosa isomerase, dimana terjadi aldosa-ketosa isomerasi. Hanya D-anomer dari glukosa 6-P yang bisa dipakai sebagai substrat. Reaksi ini merupakan reaksi bolak-balik.
Reaksi selanjutnya adalah pembentukan fruktosa 1,6-difosfat oleh enzim fosfofruktokinase-1. Reaksi ini boleh dikatakan reaksi satu arah. Enzim fosfofruktokinase-1 merupakan enzim yang bisa diinduksi. Enzim ini memegang peran yang penting dalam mengatur kecepatan glikolisis.
fosfofruktokinase-1
Fruktosa 6-P + ATPà Fruktosa 1,6-BP + ADP.
Mg++
Aktifitas enzim ini meningkat apabila konsentrasi ADP, AMP, fosfat inorganik ( Pi ) meningkat. Enzim fosfofruktokinase-1 dihambat oleh ATP, asam sitrat dan 2,3-DP gliserat (dalam sel darah merah). Apabila pemakaian ATP meningkat (kadar ATP menurun) maka aktifitasnya meningkat, sebaliknya apabila kadar ATP tinggi aktifitas enzim tersebut menurun. Enzim ini juga dihambat oleh meningkatnya kadar asam lemak bebas, sehingga apabila senyawa ini meningkat dalam darah, yang akhirnya masuk ke dalam sel , maka pemakaian glukosa akan berkurang.
Fruktosa 1,6-BP akan dipecah menjadi dua triosa oleh enzim aldolase.
Aldolase
Fruktosa 1,6-BP ® Dihidroksi asetonfosfat + gliseraldehida 3-P
Pada sel binatang sedikitnya ada dua macam aldolase, aldolase A yang terdapat dalam sebagian besar jaringan , aldolase B terdapat dalam sel hepar dan ginjal. Semuanya terdiri dari empat subunit polipeptida yang berbeda komposisi asam amino-nya.
Gliseraldehida 3-fosfat « Dihidroksi asetonfosfat (DHAP).
Kedua triosa tersebut diatas "interconverted", dapat saling berubah dengan adanya enzim fosfotriosa isomerase.
Sampai dengan reaksi ini satu glukosa terpakai dan memerlukan dua ATP.
Selanjutnya glikolisis berjalan dengan oksidasi gliseraldehid 3-fosfat (gliseraldehida 3-P) menjadi 1,3-bisfosfogliserat. Karena adanya enzim fosfotriosa isomerase, dihidroksi asetonfosfat juga dioksidasi.Enzim yang bertanggung jawab pada reaksi ini adalah gliseraldehida 3-P dehidrogenase yang mana aktifitasnya tergantung adanya NAD+. Enzim ini terdiri dari empat polipeptida yang identik membentuk tetramer. Empat gugusan -SH terdapat pada tiap polipeptida, mungkin berasal dari residu sistein (cysteine). Satu gugusan -SH terdapat pada "active site". Reaksinya berjalan sebagai berikut ( gambar-3 ):
Mula-mula substrat berikatan dengan "cysteinyl moiety" pada dehidrogenase membentuk suatu tiohemiasetal, yang kemudian dioksidasi menjadi tiol-ester. Atom hidrogen yang terlepas dipindah pada NAD+ yang terikat pada enzim. NADH yang terbentuk,akan terikat pada enzim juga tapi tidak sekuat NAD+, sehingga NADH ini mudah diganti oleh NAD+ yang lain.
Energi yang terjadi pada oksidasi ini terwujud dalam ikatan sulfat energi tinggi, yang kemudian dengan fosforolisis menjadi ikatan fosfat energi tinggi pada posisi satu dari 1,3-bisfosfo-gliserat.Pada fosforolisis diatas, Pi ditambahkan dan enzim bebas serta gugus -SH bebas terbentuk. Fosfat berenergi tinggi ini ditangkap menjadi ATP pada reaksi dengan ADP yang dikatalisis enzim fosfogliserat kinase. Reaksi ini menghasilkan 3-fosfogliserat.
Jadi oksidasi fosfogliseraldehid menjadi fosfogliserat, dimana terlepas suatu energi, energi ini dipakai oleh reaksi pengambilan fosfat inorganik dan sintesis ATP; rangkaian reaksi-reaksi ini merupakan suatu "coupled reaction".
Karena ada dua molekul triosafosfat yang dioksidasi, maka akan terbentuk dua molekul ATP. Pada reaksi ini NAD+ tereduksi menjadi NADH. Reaksi tersebut diatas adalah suatu contoh dari fosforilasi pada tingkat substrat.
Apabila ada asam arsenat, maka zat ini akan berkompetisi dengan Pi yang akan menghasilkan arseno-3-fosfogliserat, yang akan terhidrolisis spontan menghasilkan 3-fosfogliserat tanpa menghasilkan ATP. Ini suatu contoh arsenat dapat "uncoupled" oksidasi dan fosforilasi.
Selanjutnya 3-fosfogliserat diubah menjadi 2-fosfogliserat oleh enzim fosfogliserat mutase.
Reaksi berikutnya dikatalisis oleh enzim enolase; pada reaksi ini terjadi perubahan struktur molekul hingga terbentuk ikatan fosfat bertenaga tinggi pada posisi 2, yaitu fosfoenolpiruvat.
Enolase dihambat oleh fluorida ( F ). Dalam praktek fluorida ditambahkan ke dalam larutan pada penentuan glukosa,juga kedalam pasta gigi. Kerja enzim ini tergantung adanya Mn++ atau Mg++. Reaksinya sebagai berikut:
2-fosfogliserat « Fosfoenolpiruvat + H2O.
Fosfat bertenaga tinggi dari fosfoenolpiruvat dipindah ke ADP menjadi ATP, yang dikatalisis enzim piruvat kinase.
Reaksinya:
ADP ATP
Fosfoenolpiruvat ßà Enolpiruvat
Piruvat kinase
Enzim piruvat kinase hepar berbeda sifatnya dengan enzim piruvat kinase otot. Pada otot konsentrasi ATP yang tinggi akan menghambat enzim ini. Pada hepar enzim ini dapat dihambat oleh ATP dan alanin, tapi adanya fruktosa 1,6-difosfat dengan konsentrasi tinggi, akan dapat menghilangkan hambatan ini. Dalam hepar enzim ini dihambat juga oleh asam lemak rantai panjang dan asetil-KoA.
Dalam hepar glukagon menghambat glikolisis dan merangsang glukoneogenesis dengan meningkatkan konsentrasi cAMP. Senyawa ini kemudian mengaktivasi "cAMP dependent protein kinase". Protein kinase yang aktif ini akan mengkatalisis fosforilasi enzim piruvat kinase menjadi piruvat kinase-P. Enzim piruvat kinase-P me-rupakan bentuk tidak aktif. Dengan demikian glukagon menghambat glikolisis.
Sampai dengan reaksi ini hasil netto dari perubahan glukosa menjadi dua asam piruvat adalah dua ATP, yaitu pada awal jalur ini dibutuhkan dua ATP dan kemudian menghasilkan empat ATP.
Pada keadaan anaerobik reoksidasi NADH melalui rantai respirasi tidak berjalan. Asam piruvat akan dirubah menjadi asam laktat, yang dikatalisis enzim laktat dehidrogenase.
Reaksinya:
laktat dehidrogenase
Asam piruvat + NADH ßà L-laktat + NAD+
Dengan demikian reoksidasi NADH melalui asam laktat memungkinkan glikolisis berlangsung tanpa oksigen, karena NAD+ yang terbentuk cukup untuk kebutuhan enzim gliseraldehid-3-fosfat dehidrogenase. Jadi jaringan pada keadaan hipoksia ada tendensi untuk membentuk asam laktat, terutama dalam otot bergaris. Asam laktat yang terbentuk akan masuk ke peredaran darah dan bisa didapatkan dalam urine.
4.2.SEL DARAH MERAH
Glikolisis dalam eritrosit sekalipun dalam keadaan aerobik akan menghasilkan asam laktat, karena enzim-enzim yang dapat mengoksidasi asam piruvat secara aerobik tidak ada dalam sel da-rah merah.
Dalam eritrosit golongan mammalia tahapan yang dikatalisis fosfogliserat kinase di " by passed " dengan adanya enzim bisfosfogliserat mutase dan enzim 2,3-bisfosfogliserat fosfatase (gambar-4). Akibat adanya dua enzim ini ATP tidak terbentuk dan ini memungkinkan glikolisis berlangsung apabila kebutuhan ATP minimum. 2,3-bisfosfogliserat bergabung dengan hemoglobin sehingga menyebabkan affinitas hemoglobin terhadap oksigen menurun. Kurve dissosiasi oksigen hemoglobin bergerak ke kanan. Dengan demikian adanya 2,3-bisfosfogliserat dalam sel darah merah membantu pelepasan oksigen untuk keperluan jaringan.
Reaksinya :
Enzim 1
1,3-bisfosfogliserat ® 2,3-bisfosfogliserat
Enzim 2
¯
3-fosfogliserat.
Enzim 1 : bisfosfogliserat mutase
Enzim 2: 2,3-bisfosfogliserat fosfatase
Dalam glikolisis ada tiga reaksi boleh dikatakan secara fisiologis satu arah, yaitu reaksi yang dikatalisis enzim-enzim :
1. heksokinase ( dan glukokinase )
2. fosfofruktokinase
3. piruvat kinase
Latihan / cek list .
1.Apa fungsi glikolisis
2.Tulisllah rangkaian reaksi glikolisis
3.Terangkan :
3.1.cara kerja enzim-enzim berikut :
heksokinase/glukokinase
fosfofruktokinase 1 (Phospho Fructo Kinase 1 = PFK-1)
PFK-2
Piruvat kinase
3.2.apa saja yang mempengaruhi kerjanya ( menghambat atau meningkatkan )
4.Mengapa anaerobik dan aerobik berbeda 6 ATP?
5.Terangkan peran Fruktosa 2,6 BP
6.Terangkan glikolisis dalam sel darah merah.
7.Terangkan pengaruh hormon glukagon terhadap PFK-2 dan enzim piruvat kinase
ADS HERE !!!
